हिमस्खलन फोटोडिटेक्टर (APD फोटोडिटेक्टर) का सिद्धांत और वर्तमान स्थिति भाग दो

सिद्धांत और वर्तमान स्थितिहिमस्खलन फोटो डिटेक्टर (एपीडी फोटोडिटेक्टर) भाग दो

2.2 एपीडी चिप संरचना
उचित चिप संरचना उच्च प्रदर्शन उपकरणों की मूल गारंटी है। APD का संरचनात्मक डिज़ाइन मुख्य रूप से RC समय स्थिरांक, विषम जंक्शन पर छेद कैप्चर, कमी क्षेत्र के माध्यम से वाहक पारगमन समय आदि पर विचार करता है। इसकी संरचना का विकास नीचे संक्षेप में दिया गया है:

(1) मूल संरचना
सरलतम APD संरचना पिन फोटोडायोड पर आधारित है, P क्षेत्र और N क्षेत्र को भारी मात्रा में डोप किया जाता है, और N-प्रकार या P-प्रकार के दोहरे-प्रतिकर्षक क्षेत्र को आसन्न P क्षेत्र या N क्षेत्र में पेश किया जाता है ताकि द्वितीयक इलेक्ट्रॉन और छेद जोड़े उत्पन्न किए जा सकें, ताकि प्राथमिक फोटोकरंट के प्रवर्धन को महसूस किया जा सके। InP श्रृंखला सामग्री के लिए, क्योंकि छेद प्रभाव आयनीकरण गुणांक इलेक्ट्रॉन प्रभाव आयनीकरण गुणांक से अधिक है, N-प्रकार डोपिंग का लाभ क्षेत्र आमतौर पर P क्षेत्र में रखा जाता है। एक आदर्श स्थिति में, केवल छिद्रों को लाभ क्षेत्र में इंजेक्ट किया जाता है, इसलिए इस संरचना को छेद-इंजेक्टेड संरचना कहा जाता है।

(2) अवशोषण और लाभ में अंतर किया जाता है
InP की विस्तृत बैंड गैप विशेषताओं (InP 1.35eV है और InGaAs 0.75eV है) के कारण, InP को आमतौर पर लाभ क्षेत्र सामग्री के रूप में और InGaAs को अवशोषण क्षेत्र सामग्री के रूप में उपयोग किया जाता है।

(3) अवशोषण, ढाल और लाभ (एसएजीएम) संरचनाएं क्रमशः प्रस्तावित हैं
वर्तमान में, अधिकांश वाणिज्यिक APD उपकरण InP/InGaAs सामग्री का उपयोग करते हैं, InGaAs अवशोषण परत के रूप में, InP बिना किसी ब्रेकडाउन के उच्च विद्युत क्षेत्र (>5x105V/सेमी) के तहत, लाभ क्षेत्र सामग्री के रूप में उपयोग किया जा सकता है। इस सामग्री के लिए, इस APD का डिज़ाइन यह है कि छिद्रों की टक्कर से N-प्रकार InP में हिमस्खलन प्रक्रिया बनती है। InP और InGaAs के बीच बैंड गैप में बड़े अंतर को ध्यान में रखते हुए, वैलेंस बैंड में लगभग 0.4eV का ऊर्जा स्तर अंतर InGaAs अवशोषण परत में उत्पन्न छिद्रों को InP गुणक परत तक पहुँचने से पहले विषम जंक्शन किनारे पर बाधित कर देता है और गति बहुत कम हो जाती है, जिसके परिणामस्वरूप इस APD का लंबा प्रतिक्रिया समय और संकीर्ण बैंडविड्थ होता है। इस समस्या को दो सामग्रियों के बीच एक InGaAsP संक्रमण परत जोड़कर हल किया जा सकता है।

(4) अवशोषण, ढाल, आवेश और लाभ (एसएजीसीएम) संरचनाएं क्रमशः प्रस्तावित हैं
अवशोषण परत और लाभ परत के विद्युत क्षेत्र वितरण को और अधिक समायोजित करने के लिए, चार्ज परत को डिवाइस डिज़ाइन में पेश किया जाता है, जो डिवाइस की गति और प्रतिक्रियाशीलता में बहुत सुधार करता है।

(5) अनुनाद संवर्धित (आरसीई) एसएजीसीएम संरचना
पारंपरिक डिटेक्टरों के उपरोक्त इष्टतम डिजाइन में, हमें इस तथ्य का सामना करना होगा कि अवशोषण परत की मोटाई डिवाइस की गति और क्वांटम दक्षता के लिए एक विरोधाभासी कारक है। अवशोषित परत की पतली मोटाई वाहक पारगमन समय को कम कर सकती है, इसलिए एक बड़ी बैंडविड्थ प्राप्त की जा सकती है। हालांकि, एक ही समय में, उच्च क्वांटम दक्षता प्राप्त करने के लिए, अवशोषण परत को पर्याप्त मोटाई की आवश्यकता होती है। इस समस्या का समाधान अनुनाद गुहा (RCE) संरचना हो सकता है, अर्थात, वितरित ब्रैग रिफ्लेक्टर (DBR) को डिवाइस के नीचे और ऊपर डिज़ाइन किया गया है। DBR दर्पण में संरचना में कम अपवर्तक सूचकांक और उच्च अपवर्तक सूचकांक वाली दो प्रकार की सामग्री होती है, और दोनों बारी-बारी से बढ़ते हैं, और प्रत्येक परत की मोटाई अर्धचालक में घटना प्रकाश तरंग दैर्ध्य 1/4 को पूरा करती है। डिटेक्टर की अनुनाद संरचना गति की आवश्यकताओं को पूरा कर सकती है, अवशोषण परत की मोटाई को बहुत पतला बनाया जा सकता है, और कई प्रतिबिंबों के बाद इलेक्ट्रॉन की क्वांटम दक्षता बढ़ जाती है।

(6) एज-युग्मित वेवगाइड संरचना (डब्ल्यूजी-एपीडी)
डिवाइस की गति और क्वांटम दक्षता पर अवशोषण परत की मोटाई के विभिन्न प्रभावों के विरोधाभास को हल करने का एक और समाधान एज-युग्मित वेवगाइड संरचना को पेश करना है। यह संरचना प्रकाश को किनारे से प्रवेश कराती है, क्योंकि अवशोषण परत बहुत लंबी होती है, उच्च क्वांटम दक्षता प्राप्त करना आसान होता है, और साथ ही, अवशोषण परत को बहुत पतला बनाया जा सकता है, जिससे वाहक पारगमन समय कम हो जाता है। इसलिए, यह संरचना अवशोषण परत की मोटाई पर बैंडविड्थ और दक्षता की विभिन्न निर्भरता को हल करती है, और उच्च दर और उच्च क्वांटम दक्षता APD प्राप्त करने की उम्मीद है। WG-APD की प्रक्रिया RCE APD की तुलना में सरल है, जो DBR दर्पण की जटिल तैयारी प्रक्रिया को समाप्त करती है। इसलिए, यह व्यावहारिक क्षेत्र में अधिक व्यवहार्य है और सामान्य समतल ऑप्टिकल कनेक्शन के लिए उपयुक्त है।

3. निष्कर्ष
हिमस्खलन का विकासफोटोडिटेक्टरसामग्री और उपकरणों की समीक्षा की जाती है। InP सामग्रियों के इलेक्ट्रॉन और छेद टक्कर आयनीकरण दर InAlAs के करीब हैं, जो दो वाहक सहजीवन की दोहरी प्रक्रिया की ओर जाता है, जो हिमस्खलन निर्माण समय को लंबा करता है और शोर को बढ़ाता है। शुद्ध InAlAs सामग्रियों की तुलना में, InGaAs (P) /InAlAs और In (Al) GaAs/InAlAs क्वांटम वेल संरचनाओं में टक्कर आयनीकरण गुणांक का अनुपात बढ़ा है, इसलिए शोर प्रदर्शन में काफी बदलाव हो सकता है। संरचना के संदर्भ में, उपकरण की गति और क्वांटम दक्षता पर अवशोषण परत की मोटाई के विभिन्न प्रभावों के विरोधाभासों को हल करने के लिए अनुनाद संवर्धित (RCE) SAGCM संरचना और एज-युग्मित वेवगाइड संरचना (WG-APD) विकसित की जाती हैं।