सार: हिमस्खलन फोटोडेटेक्टरको आधारभूत संरचना र कार्य सिद्धान्त (APD फोटो डिटेक्टर) प्रस्तुत गरिएको छ, उपकरण संरचनाको विकास प्रक्रिया विश्लेषण गरिएको छ, वर्तमान अनुसन्धान स्थिति संक्षेप गरिएको छ, र APD को भविष्यको विकास सम्भावित रूपमा अध्ययन गरिएको छ।
1। परिचय
फोटोडिटेक्टर एक उपकरण हो जसले प्रकाश संकेतहरूलाई विद्युतीय संकेतहरूमा रूपान्तरण गर्दछ।माअर्धचालक photodetector, घटना फोटोन द्वारा उत्साहित फोटो-उत्पन्न वाहक लागू पूर्वाग्रह भोल्टेज अन्तर्गत बाहिरी सर्किट प्रवेश गर्छ र मापन योग्य फोटोकरेन्ट बनाउँछ।अधिकतम प्रतिक्रियाशीलतामा पनि, एक PIN फोटोडियोडले केवल एक जोडी इलेक्ट्रोन-होल जोडी उत्पादन गर्न सक्छ, जुन आन्तरिक लाभ बिनाको उपकरण हो।थप प्रतिक्रियाको लागि, एक हिमस्खलन फोटोडियोड (APD) प्रयोग गर्न सकिन्छ।फोटोकरेन्टमा APD को प्रवर्धन प्रभाव आयनीकरण टक्कर प्रभावमा आधारित छ।केहि परिस्थितिहरूमा, द्रुत इलेक्ट्रोनहरू र प्वालहरूले इलेक्ट्रोन-प्वाल जोडीहरूको नयाँ जोडी उत्पादन गर्न जालीसँग टकराउन पर्याप्त ऊर्जा प्राप्त गर्न सक्छन्।यो प्रक्रिया एक श्रृंखला प्रतिक्रिया हो, जसले गर्दा प्रकाश अवशोषण द्वारा उत्पन्न इलेक्ट्रोन-प्वाल जोडीहरूको जोडीले ठूलो संख्यामा इलेक्ट्रोन-प्वाल जोडीहरू उत्पादन गर्न सक्छ र ठूलो माध्यमिक फोटोकरेन्ट बनाउन सक्छ।तसर्थ, APD सँग उच्च प्रतिक्रियाशीलता र आन्तरिक लाभ छ, जसले उपकरणको संकेत-देखि-शोर अनुपातमा सुधार गर्दछ।APD मुख्यतया लामो-दूरी वा सानो अप्टिकल फाइबर संचार प्रणालीहरूमा प्राप्त अप्टिकल पावरमा अन्य सीमितताहरूको साथ प्रयोग गरिनेछ।वर्तमानमा, धेरै अप्टिकल उपकरण विशेषज्ञहरू APD को सम्भावनाहरूको बारेमा धेरै आशावादी छन्, र विश्वास गर्छन् कि APD को अनुसन्धान सम्बन्धित क्षेत्रहरूको अन्तर्राष्ट्रिय प्रतिस्पर्धात्मकता बढाउन आवश्यक छ।
2. को प्राविधिक विकासहिमस्खलन फोटो डिटेक्टर(APD फोटो डिटेक्टर)
२.१ सामाग्री
(१)फोटो डिटेक्टर
Si मटेरियल टेक्नोलोजी एक परिपक्व टेक्नोलोजी हो जुन माइक्रोइलेक्ट्रोनिक्सको क्षेत्रमा व्यापक रूपमा प्रयोग गरिन्छ, तर यो 1.31mm र 1.55mm को तरंग लम्बाइ दायरामा उपकरणहरूको तयारीको लागि उपयुक्त छैन जुन सामान्यतया अप्टिकल संचारको क्षेत्रमा स्वीकार गरिन्छ।
(२) जी
यद्यपि Ge APD को स्पेक्ट्रल प्रतिक्रिया अप्टिकल फाइबर प्रसारणमा कम हानि र कम फैलावटको आवश्यकताहरूको लागि उपयुक्त छ, त्यहाँ 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) In0.53Ga0.47As/InP
APD को प्रकाश अवशोषण तहको रूपमा In0.53Ga0.47As र गुणक तहको रूपमा InP चयन गर्ने यो प्रभावकारी विधि हो।In0.53Ga0.47A सामग्रीको अवशोषण शिखर 1.65mm, 1.31mm, 1.55mm तरंग दैर्ध्य लगभग 104cm-1 उच्च अवशोषण गुणांक हो, जुन वर्तमानमा प्रकाश डिटेक्टरको अवशोषण तहको लागि मनपर्ने सामग्री हो।
(४)InGaAs फोटोडिटेक्टर/माफोटो डिटेक्टर
InGaAsP लाई प्रकाश अवशोषित तह र गुणक तहको रूपमा InP चयन गरेर, 1-1.4mm को प्रतिक्रिया तरंग लम्बाइको साथ APD, उच्च क्वान्टम दक्षता, कम गाढा प्रवाह र उच्च हिमस्खलन लाभ तयार गर्न सकिन्छ।विभिन्न मिश्र धातु कम्पोनेन्टहरू चयन गरेर, विशिष्ट तरंग दैर्ध्यका लागि उत्कृष्ट प्रदर्शन प्राप्त हुन्छ।
(५) InGaAs/InAlAs
In0.52Al0.48A सामग्रीमा ब्यान्ड ग्याप (1.47eV) हुन्छ र 1.55mm को तरंग लम्बाइ दायरामा अवशोषित हुँदैन।त्यहाँ प्रमाण छ कि पातलो In0.52Al0.48As epitaxial लेयरले शुद्ध इलेक्ट्रोन इन्जेक्सनको अवस्था अन्तर्गत एक गुणन तहको रूपमा InP भन्दा राम्रो लाभ विशेषताहरू प्राप्त गर्न सक्छ।
(6) InGaAs/InGaAs (P) /InAlAs र InGaAs/In (Al) GaAs/InAlAs
सामग्रीको प्रभाव आयनीकरण दर APD को प्रदर्शनलाई असर गर्ने महत्त्वपूर्ण कारक हो।परिणामहरूले देखाउँछ कि गुणक तहको टक्कर आयनीकरण दर InGaAs (P) /InAlAs र In (Al) GaAs/InAlAs सुपरलैटिस संरचनाहरू परिचय गरेर सुधार गर्न सकिन्छ।सुपरल्याटिस संरचना प्रयोग गरेर, ब्यान्ड इन्जिनियरिङले कन्डक्शन ब्यान्ड र भ्यालेन्स ब्यान्ड मानहरू बीचको असममित ब्यान्ड एज विच्छेदनलाई कृत्रिम रूपमा नियन्त्रण गर्न सक्छ, र भ्यालेन्स ब्यान्ड विच्छेदन (ΔEc>> ΔEv) भन्दा धेरै ठूलो छ भनी सुनिश्चित गर्न सक्छ।InGaAs बल्क सामग्रीको तुलनामा, InGaAs/InAlAs क्वान्टम वेल इलेक्ट्रोन आयनीकरण दर (ए) उल्लेखनीय रूपमा बढेको छ, र इलेक्ट्रोन र प्वालहरूले अतिरिक्त ऊर्जा प्राप्त गर्दछ।ΔEc>>ΔEv को कारण, यो आशा गर्न सकिन्छ कि इलेक्ट्रोनहरू द्वारा प्राप्त ऊर्जाले प्वाल आयनीकरण दर (b) मा प्वाल ऊर्जाको योगदान भन्दा धेरै इलेक्ट्रोन आयनीकरण दर बढाउँछ।इलेक्ट्रोन आयनीकरण दरको अनुपात (k) प्वाल आयनीकरण दर बढ्छ।तसर्थ, उच्च लाभ-ब्यान्डविथ उत्पादन (GBW) र कम शोर प्रदर्शन superlattice संरचना लागू गरेर प्राप्त गर्न सकिन्छ।यद्यपि, यो InGaAs/InAlAs क्वान्टम राम्रो 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 शोर होइन।यस संरचनामा, अँध्यारो प्रवाह मुख्यतया साँघुरो ब्यान्ड ग्यापको साथ InGaAs वेल लेयरको टनेलिंग प्रभावको कारणले हुन्छ, त्यसैले InGaAs को सट्टा वेल लेयरको रूपमा InGaAs को सट्टा फराकिलो-ब्यान्ड ग्याप क्वाटरनरी मिश्र धातु, जस्तै InGaAsP वा InAlGaAs को परिचय क्वान्टम वेल संरचनाले अँध्यारो प्रवाहलाई दबाउन सक्छ।
पोस्ट समय: नोभेम्बर-13-2023