हिमस्खलन फोटोडेटेक्टरको सिद्धान्त र वर्तमान स्थिति (APD फोटोडेटेक्टर) भाग दुई

को सिद्धान्त र वर्तमान अवस्थाहिमस्खलन फोटो डिटेक्टर (APD फोटो डिटेक्टर) भाग दुई

2.2 APD चिप संरचना
उचित चिप संरचना उच्च प्रदर्शन उपकरणहरूको आधारभूत ग्यारेन्टी हो। APD को संरचनात्मक डिजाइनले मुख्यतया RC समय स्थिर, heterojunction मा प्वाल क्याप्चर, depletion क्षेत्र मार्फत वाहक ट्रान्जिट समय र यस्तै मा विचार गर्दछ। यसको संरचनाको विकास तल संक्षेप गरिएको छ:

(१) आधारभूत संरचना
सबैभन्दा सरल APD संरचना PIN फोटोडियोडमा आधारित छ, P क्षेत्र र N क्षेत्र भारी मात्रामा डोप गरिएको छ, र N-type वा P-type doubly-repellant क्षेत्र छेउछाउको P क्षेत्र वा N क्षेत्रमा माध्यमिक इलेक्ट्रोन र प्वाल उत्पन्न गर्न पेश गरिएको छ। जोडीहरू, ताकि प्राथमिक फोटोकरेन्टको प्रवर्द्धन महसुस गर्न। InP श्रृंखला सामग्रीहरूको लागि, किनभने प्वाल प्रभाव ionization गुणांक इलेक्ट्रोन प्रभाव ionization गुणांक भन्दा ठूलो छ, N-प्रकार डोपिङ को लाभ क्षेत्र सामान्यतया P क्षेत्रमा राखिएको छ। एक आदर्श स्थितिमा, केवल प्वालहरू लाभ क्षेत्रमा इंजेक्शन गरिन्छ, त्यसैले यो संरचनालाई प्वाल-इन्जेक्टेड संरचना भनिन्छ।

(२) अवशोषण र लाभ छुट्याइन्छ
InP को फराकिलो ब्यान्ड ग्याप विशेषताहरूका कारण (InP 1.35eV र InGaAs 0.75eV हो), InP लाई सामान्यतया लाभ क्षेत्र सामग्री र InGaAs अवशोषण क्षेत्र सामग्रीको रूपमा प्रयोग गरिन्छ।

(३) क्रमशः अवशोषण, ढाँचा र लाभ (SAGM) संरचनाहरू प्रस्तावित छन्।
हाल, धेरैजसो व्यावसायिक APD यन्त्रहरूले InP/InGaAs सामग्री प्रयोग गर्दछ, InGaAs अवशोषण तहको रूपमा, InP उच्च विद्युतीय क्षेत्र (>5x105V/cm) अन्तर्गत ब्रेकडाउन बिना, लाभ क्षेत्र सामग्रीको रूपमा प्रयोग गर्न सकिन्छ। यस सामग्रीको लागि, यस APD को डिजाइन यो हो कि हिमस्खलन प्रक्रिया N-प्रकार InP मा प्वालहरूको टक्करबाट बनाइन्छ। InP र InGaAs बीचको ब्यान्ड ग्यापमा ठूलो भिन्नतालाई ध्यानमा राख्दै, भ्यालेन्स ब्यान्डमा लगभग 0.4eV को ऊर्जा स्तर भिन्नताले InGaAs अवशोषण तहमा उत्पन्न हुने प्वालहरूलाई InP गुणक तहमा पुग्नु अघि हेटेरोजंक्शन किनारामा अवरोध पुर्‍याउँछ र गति धेरै हुन्छ। यो APD को लामो प्रतिक्रिया समय र साँघुरो ब्यान्डविथको परिणाम स्वरूप घटाइयो। यो समस्या दुई सामग्री बीच एक InGaAsP संक्रमण तह थपेर हल गर्न सकिन्छ।

(4) क्रमशः अवशोषण, ढाँचा, चार्ज र लाभ (SAGCM) संरचनाहरू प्रस्तावित छन्।
अवशोषण तह र लाभ तहको विद्युतीय क्षेत्र वितरणलाई थप समायोजन गर्न, चार्ज तह उपकरण डिजाइनमा पेश गरिएको छ, जसले उपकरणको गति र प्रतिक्रियालाई धेरै सुधार गर्दछ।

(5) रेजोनेटर एन्हान्स्ड (RCE) SAGCM संरचना
परम्परागत डिटेक्टरहरूको माथिको इष्टतम डिजाइनमा, हामीले यस तथ्यलाई सामना गर्नुपर्छ कि अवशोषण तहको मोटाई उपकरणको गति र क्वान्टम दक्षताको लागि एक विरोधाभासी कारक हो। अवशोषित तहको पातलो मोटाईले क्यारियर ट्रान्जिट समय कम गर्न सक्छ, त्यसैले ठूलो ब्यान्डविथ प्राप्त गर्न सकिन्छ। यद्यपि, एकै समयमा, उच्च क्वान्टम दक्षता प्राप्त गर्नको लागि, अवशोषण तहमा पर्याप्त मोटाई हुन आवश्यक छ। यस समस्याको समाधान रेजोनन्ट गुहा (RCE) संरचना हुन सक्छ, त्यो हो, वितरित ब्राग रिफ्लेक्टर (DBR) उपकरणको तल र शीर्षमा डिजाइन गरिएको छ। DBR मिररमा कम अपवर्तक सूचकांक र संरचनामा उच्च अपवर्तक अनुक्रमणिका भएका दुई प्रकारका सामग्रीहरू हुन्छन्, र ती दुई वैकल्पिक रूपमा बढ्छन्, र प्रत्येक तहको मोटाईले अर्धचालकमा घटना प्रकाश तरंगदैर्ध्य 1/4 पूरा गर्दछ। डिटेक्टरको रेजोनेटर संरचनाले गति आवश्यकताहरू पूरा गर्न सक्छ, अवशोषण तहको मोटाई धेरै पातलो बनाउन सकिन्छ, र इलेक्ट्रोनको क्वान्टम दक्षता धेरै प्रतिबिम्ब पछि बढेको छ।

(६) एज-कपल्ड वेभगाइड संरचना (WG-APD)
यन्त्र गति र क्वान्टम दक्षतामा अवशोषण तह मोटाईको विभिन्न प्रभावहरूको विरोधाभास समाधान गर्न अर्को समाधान किनारा-जोडिएको वेभगाइड संरचना परिचय गराउनु हो। यो संरचना छेउबाट प्रकाश प्रवेश गर्दछ, किनभने अवशोषण तह धेरै लामो छ, यो उच्च क्वान्टम दक्षता प्राप्त गर्न सजिलो छ, र एकै समयमा, अवशोषण तह धेरै पातलो बनाउन सकिन्छ, वाहक ट्रान्जिट समय कम गर्न। तसर्थ, यस संरचनाले अवशोषण तहको मोटाईमा ब्यान्डविथ र दक्षताको फरक निर्भरता समाधान गर्दछ, र उच्च दर र उच्च क्वान्टम दक्षता APD प्राप्त गर्ने अपेक्षा गरिएको छ। WG-APD को प्रक्रिया RCE APD को भन्दा सरल छ, जसले DBR मिररको जटिल तयारी प्रक्रियालाई हटाउँछ। तसर्थ, यो व्यावहारिक क्षेत्रमा बढी सम्भव छ र साझा विमान अप्टिकल जडानको लागि उपयुक्त छ।

3. निष्कर्ष
हिमपहिरो को विकासफोटो डिटेक्टरसामग्री र उपकरणहरूको समीक्षा गरिन्छ। InP सामग्रीहरूको इलेक्ट्रोन र प्वाल टक्कर आयनीकरण दरहरू InAlAs को नजिक छन्, जसले दुई वाहक प्रतीकहरूको दोहोरो प्रक्रियामा जान्छ, जसले हिमस्खलन निर्माणको समयलाई लामो बनाउँछ र आवाज बढ्छ। शुद्ध InAlAs सामग्रीको तुलनामा, InGaAs (P) /InAlAs र In (Al) GaAs/InAlAs क्वान्टम वेल संरचनाहरूमा टक्कर आयनीकरण गुणांकको बढेको अनुपात छ, त्यसैले शोर प्रदर्शन धेरै परिवर्तन गर्न सकिन्छ। संरचनाको सन्दर्भमा, रेजोनेटर एन्हान्स्ड (RCE) SAGCM संरचना र एज-कपल्ड वेभगाइड संरचना (WG-APD) उपकरण गति र क्वान्टम दक्षतामा अवशोषण तह मोटाईको विभिन्न प्रभावहरूको विरोधाभासहरू समाधान गर्नको लागि विकसित गरिएको छ। प्रक्रियाको जटिलताका कारण, यी दुई संरचनाहरूको पूर्ण व्यावहारिक प्रयोगलाई थप अन्वेषण गर्न आवश्यक छ।