सार: हिमस्खलन फोटोडिटेक्टर की मूल संरचना और कार्य सिद्धांत (एपीडी फोटोडिटेक्टर) को पेश किया गया है, डिवाइस संरचना की विकास प्रक्रिया का विश्लेषण किया गया है, वर्तमान अनुसंधान स्थिति का सारांश दिया गया है, और एपीडी के भविष्य के विकास का संभावित अध्ययन किया गया है।
1 परिचय
फोटोडिटेक्टर एक उपकरण है जो प्रकाश संकेतों को विद्युत संकेतों में परिवर्तित करता है।अर्धचालक फोटोडिटेक्टर, आपतित फोटॉन द्वारा उत्तेजित प्रकाश-जनित वाहक, लागू बायस वोल्टेज के अंतर्गत बाह्य परिपथ में प्रवेश करता है और एक मापनीय प्रकाश धारा बनाता है। अधिकतम प्रतिक्रियाशीलता पर भी, एक पिन फोटोडायोड अधिकतम केवल इलेक्ट्रॉन-होल युग्मों का एक युग्म ही उत्पन्न कर सकता है, जो एक आंतरिक लाभ रहित उपकरण है। अधिक प्रतिक्रियाशीलता के लिए, एक हिमस्खलन फोटोडायोड (APD) का उपयोग किया जा सकता है। प्रकाश धारा पर APD का प्रवर्धन प्रभाव आयनीकरण संघट्ट प्रभाव पर आधारित है। कुछ शर्तों के तहत, त्वरित इलेक्ट्रॉन और छिद्र, जालक से टकराकर इलेक्ट्रॉन-होल युग्मों का एक नया युग्म बनाने के लिए पर्याप्त ऊर्जा प्राप्त कर सकते हैं। यह प्रक्रिया एक श्रृंखला अभिक्रिया है, जिससे प्रकाश अवशोषण द्वारा उत्पन्न इलेक्ट्रॉन-होल युग्म बड़ी संख्या में इलेक्ट्रॉन-होल युग्म उत्पन्न कर सकते हैं और एक बड़ा द्वितीयक प्रकाश धारा बना सकते हैं। इसलिए, APD में उच्च प्रतिक्रियाशीलता और आंतरिक लाभ होता है, जो उपकरण के सिग्नल-टू-शोर अनुपात को बेहतर बनाता है। APD का उपयोग मुख्य रूप से लंबी दूरी या छोटे ऑप्टिकल फाइबर संचार प्रणालियों में प्राप्त ऑप्टिकल शक्ति पर अन्य सीमाओं के साथ किया जाएगा। वर्तमान में, कई ऑप्टिकल डिवाइस विशेषज्ञ एपीडी की संभावनाओं के बारे में बहुत आशावादी हैं, और मानते हैं कि संबंधित क्षेत्रों की अंतर्राष्ट्रीय प्रतिस्पर्धात्मकता को बढ़ाने के लिए एपीडी का अनुसंधान आवश्यक है।
2. तकनीकी विकासहिमस्खलन फोटोडिटेक्टर(एपीडी फोटोडिटेक्टर)
2.1 सामग्री
(1)Si फोटोडिटेक्टर
Si सामग्री प्रौद्योगिकी एक परिपक्व तकनीक है जिसका व्यापक रूप से माइक्रोइलेक्ट्रॉनिक्स के क्षेत्र में उपयोग किया जाता है, लेकिन यह 1.31 मिमी और 1.55 मिमी की तरंग दैर्ध्य रेंज में उपकरणों की तैयारी के लिए उपयुक्त नहीं है जो आमतौर पर ऑप्टिकल संचार के क्षेत्र में स्वीकार किए जाते हैं।
(2)जीई
यद्यपि Ge APD की वर्णक्रमीय प्रतिक्रिया ऑप्टिकल फाइबर संचरण में कम हानि और कम फैलाव की आवश्यकताओं के लिए उपयुक्त है, फिर भी तैयारी प्रक्रिया में बड़ी कठिनाइयाँ हैं। इसके अलावा, Ge का इलेक्ट्रॉन और छिद्र आयनीकरण दर अनुपात () 1 के करीब है, इसलिए उच्च-प्रदर्शन APD उपकरण तैयार करना कठिन है।
(3)In0.53Ga0.47As/InP
APD की प्रकाश अवशोषण परत के रूप में In0.53Ga0.47As और गुणक परत के रूप में InP का चयन एक प्रभावी विधि है। In0.53Ga0.47As पदार्थ का अवशोषण शिखर 1.65 मिमी, 1.31 मिमी, 1.55 मिमी तरंगदैर्ध्य लगभग 104 सेमी-1 उच्च अवशोषण गुणांक है, जो वर्तमान में प्रकाश संसूचक की अवशोषण परत के लिए पसंदीदा पदार्थ है।
(4)InGaAs फोटोडिटेक्टर/मेंफोटोडिटेक्टर
प्रकाश अवशोषण परत के रूप में InGaAsP और गुणक परत के रूप में InP का चयन करके, 1-1.4 मिमी की प्रतिक्रिया तरंगदैर्ध्य, उच्च क्वांटम दक्षता, कम डार्क करंट और उच्च हिमस्खलन लाभ वाला APD तैयार किया जा सकता है। विभिन्न मिश्रधातु घटकों का चयन करके, विशिष्ट तरंगदैर्ध्य के लिए सर्वोत्तम प्रदर्शन प्राप्त किया जाता है।
(5)InGaAs/InAlAs
In0.52Al0.48As पदार्थ में एक बैंड गैप (1.47eV) होता है और यह 1.55 मिमी की तरंगदैर्ध्य परास पर अवशोषित नहीं होता है। इस बात के प्रमाण हैं कि शुद्ध इलेक्ट्रॉन इंजेक्शन की स्थिति में, गुणक परत के रूप में पतली In0.52Al0.48As एपीटैक्सियल परत, InP की तुलना में बेहतर लाभ विशेषताएँ प्राप्त कर सकती है।
(6)InGaAs/InGaAs (P) /InAlAs और InGaAs/In (Al) GaAs/InAlAs
पदार्थों की संघट्ट आयनीकरण दर APD के प्रदर्शन को प्रभावित करने वाला एक महत्वपूर्ण कारक है। परिणाम दर्शाते हैं कि गुणक परत की संघट्ट आयनीकरण दर को InGaAs (P) /InAlAs और In (Al) GaAs/InAlAs सुपरलैटिस संरचनाओं के प्रयोग द्वारा बेहतर बनाया जा सकता है। सुपरलैटिस संरचना का उपयोग करके, बैंड इंजीनियरिंग चालन बैंड और संयोजकता बैंड मानों के बीच असममित बैंड किनारा असंततता को कृत्रिम रूप से नियंत्रित कर सकती है, और यह सुनिश्चित कर सकती है कि चालन बैंड असंततता संयोजकता बैंड असंततता (ΔEc>>ΔEv) से कहीं अधिक हो। InGaAs थोक पदार्थों की तुलना में, InGaAs/InAlAs क्वांटम वेल इलेक्ट्रॉन आयनीकरण दर (a) में उल्लेखनीय वृद्धि होती है, और इलेक्ट्रॉन तथा छिद्र अतिरिक्त ऊर्जा प्राप्त करते हैं। ΔEc>>ΔEv के कारण, यह अपेक्षा की जा सकती है कि इलेक्ट्रॉनों द्वारा प्राप्त ऊर्जा, इलेक्ट्रॉन आयनीकरण दर को, छिद्र ऊर्जा के छिद्र आयनीकरण दर (b) में योगदान की तुलना में कहीं अधिक बढ़ा देती है। इलेक्ट्रॉन आयनीकरण दर और छिद्र आयनीकरण दर के बीच का अनुपात (k) बढ़ता है। इसलिए, सुपरलैटिस संरचनाओं को लागू करके उच्च लाभ-बैंडविड्थ उत्पाद (GBW) और कम शोर प्रदर्शन प्राप्त किया जा सकता है। हालांकि, यह InGaAs/InAlAs क्वांटम वेल संरचना APD, जो k मान को बढ़ा सकता है, ऑप्टिकल रिसीवरों पर लागू करना मुश्किल है। ऐसा इसलिए है क्योंकि अधिकतम प्रतिक्रियाशीलता को प्रभावित करने वाला गुणक कारक डार्क करंट द्वारा सीमित होता है, न कि गुणक शोर द्वारा। इस संरचना में, डार्क करंट मुख्य रूप से एक संकीर्ण बैंड गैप वाली InGaAs वेल परत के टनलिंग प्रभाव के कारण होता है, इसलिए क्वांटम वेल संरचना की वेल परत के रूप में InGaAs के बजाय InGaAsP या InAlGaAs जैसे चौड़े बैंड गैप वाले चतुर्धातुक मिश्रधातु का प्रयोग डार्क करंट को दबा सकता है।
पोस्ट करने का समय: 13 नवंबर 2023