का सिद्धांत और वर्तमान स्थितिहिमस्खलन फोटोडिटेक्टर (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 छिद्र कैप्चर, अवक्षय क्षेत्र से वाहक पारगमन समय आदि पर विचार करता है। इसकी संरचना का विकास संक्षेप में नीचे दिया गया है:
(1) मूल संरचना
सरलतम APD संरचना पिन फोटोडायोड पर आधारित होती है, जिसमें P क्षेत्र और N क्षेत्र को अत्यधिक अपमिश्रित किया जाता है, और N-प्रकार या P-प्रकार द्वि-प्रतिकर्षक क्षेत्र को आसन्न P क्षेत्र या N क्षेत्र में प्रविष्ट कराया जाता है ताकि द्वितीयक इलेक्ट्रॉन और छिद्र युग्म उत्पन्न किए जा सकें, जिससे प्राथमिक प्रकाश धारा का प्रवर्धन प्राप्त हो सके। InP श्रेणी के पदार्थों के लिए, चूँकि छिद्र संघात आयनन गुणांक इलेक्ट्रॉन संघात आयनन गुणांक से अधिक होता है, इसलिए N-प्रकार अपमिश्रण का लाभ क्षेत्र आमतौर पर P क्षेत्र में रखा जाता है। आदर्श स्थिति में, केवल छिद्रों को ही लाभ क्षेत्र में अंतःक्षिप्त किया जाता है, इसलिए इस संरचना को छिद्र-अंतर्क्षेपित 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, प्रवणता और लाभ (SAGM) संरचनाएं क्रमशः प्रस्तावित हैं
वर्तमान में, अधिकांश वाणिज्यिक APD उपकरण InP/InGaAs सामग्री का उपयोग करते हैं, InGaAs अवशोषण परत के रूप में, बिना ब्रेकडाउन के उच्च विद्युत क्षेत्र (>5x105V/cm) के तहत InP का उपयोग लाभ क्षेत्र सामग्री के रूप में 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 हेटेरोजंक्शन किनारे पर बाधित कर देता है और गति बहुत कम हो जाती है, जिसके परिणामस्वरूप इस APD का प्रतिक्रिया समय लंबा और बैंडविड्थ संकीर्ण हो जाता है।
(4) अवशोषण, प्रवणता, आवेश और लाभ (SAGCM) संरचनाएँ 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 डिज़ाइन में, हमें इस तथ्य का सामना करना होगा कि अवशोषण परत की मोटाई उपकरण की गति और क्वांटम दक्षता के लिए एक विरोधाभासी कारक है। अवशोषण परत की पतली मोटाई वाहक पारगमन समय को कम कर सकती है, इसलिए एक बड़ा बैंडविड्थ प्राप्त किया जा सकता है। हालाँकि, साथ ही, उच्च क्वांटम दक्षता प्राप्त करने के लिए, अवशोषण परत की पर्याप्त मोटाई आवश्यक है। इस समस्या का समाधान अनुनाद गुहा (RCE) संरचना हो सकता है, अर्थात, वितरित ब्रैग परावर्तक (DBR) को उपकरण के नीचे और ऊपर डिज़ाइन किया गया है। DBR दर्पण में दो प्रकार की सामग्री होती है जिनकी संरचना में कम अपवर्तनांक और उच्च अपवर्तनांक होते हैं, और दोनों बारी-बारी से बढ़ते हैं, और प्रत्येक परत की मोटाई अर्धचालक में आपतित प्रकाश तरंगदैर्ध्य 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 परावर्तनों के बाद इलेक्ट्रॉन की क्वांटम दक्षता बढ़ जाती है।
(6) एज-युग्मित वेवगाइड संरचना (WG-APD)
उपकरण की गति और क्वांटम दक्षता पर अवशोषण परत की मोटाई के विभिन्न प्रभावों के विरोधाभास को हल करने का एक अन्य समाधान एज-युग्मित वेवगाइड संरचना का उपयोग करना है। यह संरचना प्रकाश को पार्श्व 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 इससे उच्च दर और उच्च क्वांटम दक्षता APD प्राप्त होने 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 विकासफोटोडिटेक्टरसामग्रियों और उपकरणों की समीक्षा की गई है। InP सामग्रियों की इलेक्ट्रॉन और छिद्र टक्कर आयनीकरण दर InAlAs के करीब हैं, जो दो वाहक सहजीवन की दोहरी प्रक्रिया की ओर ले जाती है, जिससे हिमस्खलन निर्माण का समय लंबा हो जाता है और शोर बढ़ जाता 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 हुआ 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 वर्धित (RCE) SAGCM संरचना और एज-युग्मित वेवगाइड संरचना (WG-APD) विकसित की गई हैं।
पोस्ट करने का समय: 14 नवंबर 2023