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

का सिद्धांत एवं वर्तमान स्थितिहिमस्खलन फोटोडिटेक्टर (एपीडी फोटोडिटेक्टर) भाग दो

2.2 एपीडी चिप संरचना
उचित चिप संरचना उच्च प्रदर्शन उपकरणों की बुनियादी गारंटी है। एपीडी का संरचनात्मक डिजाइन मुख्य रूप से आरसी समय स्थिरांक, हेटेरोजंक्शन पर छेद कैप्चर, कमी क्षेत्र के माध्यम से वाहक पारगमन समय इत्यादि पर विचार करता है। इसकी संरचना के विकास का सारांश नीचे दिया गया है:

(1) मूल संरचना
सबसे सरल एपीडी संरचना पिन फोटोडायोड पर आधारित है, पी क्षेत्र और एन क्षेत्र को भारी मात्रा में डोप किया जाता है, और एन-प्रकार या पी-प्रकार डबल-रिपेलेंट क्षेत्र को द्वितीयक इलेक्ट्रॉनों और छेद उत्पन्न करने के लिए आसन्न पी क्षेत्र या एन क्षेत्र में पेश किया जाता है। जोड़े, ताकि प्राथमिक फोटोकरंट के प्रवर्धन का एहसास हो सके। InP श्रृंखला सामग्रियों के लिए, क्योंकि छेद प्रभाव आयनीकरण गुणांक इलेक्ट्रॉन प्रभाव आयनीकरण गुणांक से अधिक है, एन-प्रकार डोपिंग का लाभ क्षेत्र आमतौर पर पी क्षेत्र में रखा जाता है। एक आदर्श स्थिति में, केवल छेद को लाभ क्षेत्र में इंजेक्ट किया जाता है, इसलिए इस संरचना को छेद-इंजेक्टेड संरचना कहा जाता है।

(2) अवशोषण और लाभ प्रतिष्ठित हैं
InP की विस्तृत बैंड गैप विशेषताओं (InP 1.35eV 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, ग्रेडिएंट और गेन (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 उच्च विद्युत क्षेत्र (>5x105V/cm) के तहत बिना ब्रेकडाउन के, लाभ क्षेत्र सामग्री के रूप में उपयोग किया जा सकता है। इस सामग्री के लिए, इस एपीडी का डिज़ाइन यह है कि छेदों की टक्कर से एन-टाइप इनपी 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 पहुंचने से पहले हेटेरोजंक्शन किनारे पर बाधित कर देता है और गति बहुत अधिक हो जाती है। कम हो गया, जिसके परिणामस्वरूप लंबे समय तक प्रतिक्रिया समय और इस एपीडी की सीमित बैंडविड्थ प्राप्त हुई। दो सामग्रियों के बीच InGaAsP संक्रमण परत जोड़कर इस समस्या को हल किया जा सकता है।

(4) अवशोषण, ग्रेडिएंट, चार्ज और गेन (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 प्रतिक्रिया में काफी सुधार करता है।

(5) रेज़ोनेटर एन्हांस्ड (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। हालाँकि, साथ ही, उच्च क्वांटम दक्षता प्राप्त करने के लिए, अवशोषण परत की पर्याप्त मोटाई होनी चाहिए। इस समस्या का समाधान गुंजयमान गुहा (आरसीई) संरचना हो सकता है, यानी वितरित ब्रैग रिफ्लेक्टर (डीबीआर) डिवाइस के नीचे और ऊपर डिज़ाइन किया गया है। डीबीआर दर्पण की संरचना में कम अपवर्तक सूचकांक और उच्च अपवर्तक सूचकांक वाली दो प्रकार की सामग्रियां होती हैं, और दोनों बारी-बारी से बढ़ती हैं, और प्रत्येक परत की मोटाई अर्धचालक में घटना प्रकाश तरंग दैर्ध्य 1/4 से मिलती है। डिटेक्टर की अनुनादक संरचना गति आवश्यकताओं को पूरा कर सकती है, अवशोषण परत की मोटाई बहुत पतली बनाई जा सकती 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 अन्य समाधान एज-युग्मित वेवगाइड संरचना को पेश करना है। यह संरचना पक्ष से प्रकाश में प्रवेश करती है, क्योंकि अवशोषण परत बहुत लंबी है, उच्च क्वांटम दक्षता प्राप्त करना आसान 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 एपीडी 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 कर देती 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 जाती है। InP सामग्रियों की इलेक्ट्रॉन और छेद टक्कर आयनीकरण दरें InAlAs के करीब हैं, जिससे दो वाहक सहजीवन की दोहरी प्रक्रिया होती 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 टकराव आयनीकरण गुणांक का बढ़ा हुआ अनुपात होता है, इसलिए शोर प्रदर्शन को काफी हद तक बदला जा सकता है। संरचना के संदर्भ में, डिवाइस की गति और क्वांटम दक्षता पर अवशोषण परत की मोटाई के विभिन्न प्रभावों के विरोधाभासों को हल करने के लिए रेज़ोनेटर एन्हांस्ड (आरसीई) एसएजीसीएम संरचना और एज-युग्मित वेवगाइड संरचना (डब्ल्यूजी-एपीडी) विकसित की जाती है। प्रक्रिया की जटिलता के कारण, इन दोनों संरचनाओं के पूर्ण व्यावहारिक अनुप्रयोग को और अधिक तलाशने की आवश्यकता है।