सारांश: हिमस्खलन फोटोडिटेक्टरको आधारभूत संरचना र कार्य सिद्धान्त (APD फोटोडिटेक्टर) प्रस्तुत गरिन्छ, उपकरण संरचनाको विकास प्रक्रियाको विश्लेषण गरिन्छ, हालको अनुसन्धान स्थिति संक्षेपमा प्रस्तुत गरिन्छ, र APD को भविष्यको विकासको सम्भावित अध्ययन गरिन्छ।
परिचय
फोटोडिटेक्टर भनेको प्रकाश संकेतहरूलाई विद्युत संकेतहरूमा रूपान्तरण गर्ने उपकरण हो।अर्धचालक फोटोडिटेक्टर, घटनाबाट उत्तेजित फोटो-उत्पन्न वाहकले लागू गरिएको बायस भोल्टेज अन्तर्गत बाह्य सर्किटमा प्रवेश गर्छ र मापनयोग्य फोटोकरेन्ट बनाउँछ। अधिकतम प्रतिक्रियाशीलतामा पनि, PIN फोटोडायोडले अधिकतममा इलेक्ट्रोन-प्वाल जोडीहरूको एक जोडी मात्र उत्पादन गर्न सक्छ, जुन आन्तरिक लाभ बिनाको उपकरण हो। अधिक प्रतिक्रियाशीलताको लागि, हिमस्खलन फोटोडायोड (APD) प्रयोग गर्न सकिन्छ। फोटोकरेन्टमा APD को प्रवर्धन प्रभाव आयनीकरण टक्कर प्रभावमा आधारित हुन्छ। निश्चित अवस्थाहरूमा, द्रुत इलेक्ट्रोन र प्वालहरूले इलेक्ट्रोन-प्वाल जोडीहरूको नयाँ जोडी उत्पादन गर्न जालीसँग ठोक्किन पर्याप्त ऊर्जा प्राप्त गर्न सक्छन्। यो प्रक्रिया एक श्रृंखला प्रतिक्रिया हो, ताकि प्रकाश अवशोषणद्वारा उत्पन्न इलेक्ट्रोन-प्वाल जोडीहरूको जोडीले ठूलो संख्यामा इलेक्ट्रोन-प्वाल जोडीहरू उत्पादन गर्न सक्छ र ठूलो माध्यमिक फोटोकरेन्ट बनाउन सक्छ। त्यसकारण, APD मा उच्च प्रतिक्रियाशीलता र आन्तरिक लाभ छ, जसले उपकरणको सिग्नल-देखि-आवाज अनुपात सुधार गर्दछ। APD मुख्यतया प्राप्त अप्टिकल शक्तिमा अन्य सीमाहरू सहित लामो दूरी वा सानो अप्टिकल फाइबर सञ्चार प्रणालीहरूमा प्रयोग गरिनेछ। हाल, धेरै अप्टिकल उपकरण विज्ञहरू APD को सम्भावनाहरूको बारेमा धेरै आशावादी छन्, र विश्वास गर्छन् कि सम्बन्धित क्षेत्रहरूको अन्तर्राष्ट्रिय प्रतिस्पर्धात्मकता बढाउन APD को अनुसन्धान आवश्यक छ।
२. प्राविधिक विकासहिमस्खलन फोटोडिटेक्टर(एपीडी फोटोडिटेक्टर)
२.१ सामग्रीहरू
(१)Si फोटोडिटेक्टर
Si मटेरियल टेक्नोलोजी एक परिपक्व प्रविधि हो जुन माइक्रोइलेक्ट्रोनिक्सको क्षेत्रमा व्यापक रूपमा प्रयोग गरिन्छ, तर यो १.३१ मिमी र १.५५ मिमीको तरंगदैर्ध्य दायरामा उपकरणहरूको तयारीको लागि उपयुक्त छैन जुन सामान्यतया अप्टिकल कम्युनिकेसनको क्षेत्रमा स्वीकार गरिन्छ।
(२) जीई
यद्यपि Ge APD को वर्णक्रमीय प्रतिक्रिया अप्टिकल फाइबर प्रसारणमा कम हानि र कम फैलावटको आवश्यकताहरूको लागि उपयुक्त छ, तयारी प्रक्रियामा ठूलो कठिनाइहरू छन्। थप रूपमा, Ge को इलेक्ट्रोन र प्वाल आयनीकरण दर अनुपात () 1 को नजिक छ, त्यसैले उच्च-प्रदर्शन APD उपकरणहरू तयार गर्न गाह्रो छ।
(३)०.५३Ga०.४७As/InP मा
APD को प्रकाश अवशोषण तहको रूपमा In0.53Ga0.47As र गुणक तहको रूपमा InP चयन गर्नु प्रभावकारी विधि हो। In0.53Ga0.47As सामग्रीको अवशोषण शिखर १.६५ मिमी, १.३१ मिमी, १.५५ मिमी तरंगदैर्ध्य लगभग १०४ सेमी-१ उच्च अवशोषण गुणांक छ, जुन हाल प्रकाश डिटेक्टरको अवशोषण तहको लागि रुचाइएको सामग्री हो।
(४)InGaAs फोटोडिटेक्टर/ भित्रफोटोडिटेक्टर
InGaAsP लाई प्रकाश अवशोषित तहको रूपमा र InP लाई गुणक तहको रूपमा चयन गरेर, १-१.४ मिमीको प्रतिक्रिया तरंगदैर्ध्य, उच्च क्वान्टम दक्षता, कम गाढा प्रवाह र उच्च हिमस्खलन लाभ भएको APD तयार गर्न सकिन्छ। विभिन्न मिश्र धातु घटकहरू चयन गरेर, विशिष्ट तरंगदैर्ध्यको लागि उत्तम प्रदर्शन प्राप्त गरिन्छ।
(५)InGaAs/InAlAs
In0.52Al0.48As सामग्रीमा ब्यान्ड ग्याप (1.47eV) हुन्छ र 1.55mm को तरंगदैर्ध्य दायरामा अवशोषित हुँदैन। पातलो In0.52Al0.48As एपिटेक्सियल तहले शुद्ध इलेक्ट्रोन इन्जेक्सनको अवस्थामा गुणक तहको रूपमा InP भन्दा राम्रो लाभ विशेषताहरू प्राप्त गर्न सक्छ भन्ने प्रमाण छ।
(6)InGaAs/InGaAs (P) /InAlAs र InGaAs/In (Al) GaAs/InAlAs
सामग्रीको प्रभाव आयनीकरण दर APD को कार्यसम्पादनलाई असर गर्ने एक महत्त्वपूर्ण कारक हो। परिणामहरूले देखाउँछन् कि गुणक तहको टक्कर आयनीकरण दरलाई InGaAs (P) /InAlAs र In (Al) GaAs/InAlAs सुपरल्याटिस संरचनाहरू परिचय गरेर सुधार गर्न सकिन्छ। सुपरल्याटिस संरचना प्रयोग गरेर, ब्यान्ड इन्जिनियरिङले कृत्रिम रूपमा चालन ब्यान्ड र भ्यालेन्स ब्यान्ड मानहरू बीचको असममित ब्यान्ड किनारा विच्छेदन नियन्त्रण गर्न सक्छ, र सुनिश्चित गर्न सक्छ कि चालन ब्यान्ड विच्छेदन भ्यालेन्स ब्यान्ड विच्छेदन (ΔEc>>ΔEv) भन्दा धेरै ठूलो छ। InGaAs बल्क सामग्रीहरूको तुलनामा, InGaAs/InAlAs क्वान्टम वेल इलेक्ट्रोन आयनीकरण दर (a) उल्लेखनीय रूपमा बढेको छ, र इलेक्ट्रोन र प्वालहरूले अतिरिक्त ऊर्जा प्राप्त गर्छन्। ΔEc>>ΔEv को कारणले गर्दा, यो आशा गर्न सकिन्छ कि इलेक्ट्रोनहरूले प्राप्त गरेको ऊर्जाले प्वाल ऊर्जाको प्वाल आयनीकरण दर (b) मा योगदान भन्दा धेरै इलेक्ट्रोन आयनीकरण दर बढाउँछ। इलेक्ट्रोन आयनीकरण दरको प्वाल आयनीकरण दरमा प्वाल आयनीकरण दरको अनुपात (k) बढ्छ। त्यसकारण, सुपरल्याटिस संरचनाहरू लागू गरेर उच्च लाभ-ब्यान्डविथ उत्पादन (GBW) र कम आवाज प्रदर्शन प्राप्त गर्न सकिन्छ। यद्यपि, यो InGaAs/InAlAs क्वान्टम वेल संरचना APD, जसले k मान बढाउन सक्छ, अप्टिकल रिसीभरहरूमा लागू गर्न गाह्रो छ। यो किनभने अधिकतम प्रतिक्रियाशीलतालाई असर गर्ने गुणक कारक गाढा प्रवाह द्वारा सीमित छ, गुणक आवाज द्वारा होइन। यस संरचनामा, गाढा प्रवाह मुख्यतया साँघुरो ब्यान्ड ग्याप भएको InGaAs वेल तहको टनेलिङ प्रभावको कारणले हुन्छ, त्यसैले क्वान्टम वेल संरचनाको वेल तहको रूपमा InGaAs को सट्टा InGaAsP वा InAlGaAs जस्ता चौडा-ब्यान्ड ग्याप क्वाटरनरी मिश्र धातुको परिचयले गाढा प्रवाहलाई दबाउन सक्छ।
पोस्ट समय: नोभेम्बर-१३-२०२३