हिमस्खलन फोटोडिटेक्टर (APD फोटोडिटेक्टर) भाग दुईको सिद्धान्त र वर्तमान अवस्था

सिद्धान्त र वर्तमान अवस्थाहिमस्खलन फोटोडिटेक्टर (APD फोटोडिटेक्टर) भाग दुई

२.२ APD चिप संरचना
उचित चिप संरचना उच्च प्रदर्शन उपकरणहरूको आधारभूत ग्यारेन्टी हो। APD को संरचनात्मक डिजाइनले मुख्यतया RC समय स्थिरता, हेटेरोजंक्शनमा प्वाल क्याप्चर, डिप्लेशन क्षेत्र मार्फत वाहक ट्रान्जिट समय र यस्तै अन्य कुराहरूलाई विचार गर्दछ। यसको संरचनाको विकास तल संक्षेप गरिएको छ:

(१) आधारभूत संरचना
सबैभन्दा सरल APD संरचना PIN फोटोडायोडमा आधारित हुन्छ, P क्षेत्र र N क्षेत्र भारी डोप गरिएको हुन्छ, र प्राथमिक फोटोकरेन्टको प्रवर्धन महसुस गर्न माध्यमिक इलेक्ट्रोन र प्वाल जोडीहरू उत्पन्न गर्न N-प्रकार वा P-प्रकार डबल-रिपेलेन्ट क्षेत्र छेउछाउको P क्षेत्र वा N क्षेत्रमा प्रस्तुत गरिन्छ। InP श्रृंखला सामग्रीहरूको लागि, किनभने प्वाल प्रभाव आयनीकरण गुणांक इलेक्ट्रोन प्रभाव आयनीकरण गुणांक भन्दा ठूलो छ, N-प्रकार डोपिङको लाभ क्षेत्र सामान्यतया P क्षेत्रमा राखिन्छ। आदर्श अवस्थामा, लाभ क्षेत्रमा केवल प्वालहरू इन्जेक्ट गरिन्छ, त्यसैले यो संरचनालाई प्वाल-इन्जेक्टेड संरचना भनिन्छ।

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

(३) अवशोषण, ढाँचा र लाभ (SAGM) संरचनाहरू क्रमशः प्रस्तावित छन्।
हाल, धेरैजसो व्यावसायिक APD उपकरणहरूले InP/InGaAs सामग्री प्रयोग गर्छन्, InGaAs अवशोषण तहको रूपमा, InP उच्च विद्युत 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 गर्छ र गति धेरै कम हुन्छ, जसको परिणामस्वरूप लामो प्रतिक्रिया समय र यस APD को साँघुरो ब्यान्डविथ हुन्छ। दुई सामग्रीहरू बीच InGaAsP संक्रमण तह थपेर यो समस्या समाधान गर्न सकिन्छ।

(४) अवशोषण, ग्रेडियन्ट, चार्ज र गेन (SAGCM) संरचनाहरू क्रमशः प्रस्तावित छन्।
अवशोषण तह र लाभ तहको विद्युतीय क्षेत्र वितरणलाई थप समायोजन गर्न, उपकरण डिजाइनमा चार्ज तह समावेश गरिएको छ, जसले उपकरणको गति र प्रतिक्रियाशीलतामा धेरै सुधार गर्दछ।

(५) रेजोनेटर एन्हान्स्ड (RCE) SAGCM संरचना
परम्परागत डिटेक्टरहरूको माथिको इष्टतम डिजाइनमा, हामीले यो तथ्यको सामना गर्नुपर्छ कि अवशोषण तहको मोटाई उपकरणको गति र क्वान्टम दक्षताको लागि एक विरोधाभासी कारक हो। अवशोषित तहको पातलो मोटाईले वाहक ट्रान्जिट समय घटाउन सक्छ, त्यसैले ठूलो ब्यान्डविथ प्राप्त गर्न सकिन्छ। यद्यपि, एकै समयमा, उच्च क्वान्टम दक्षता प्राप्त गर्न, अवशोषण तहको पर्याप्त मोटाई हुनु आवश्यक छ। यस समस्याको समाधान रेजोनन्ट क्याभिटी (RCE) संरचना हुन सक्छ, अर्थात्, वितरित ब्राग रिफ्लेक्टर (DBR) उपकरणको तल र माथि डिजाइन गरिएको छ। DBR मिररमा कम अपवर्तक सूचकांक र संरचनामा उच्च अपवर्तक सूचकांक भएका दुई प्रकारका सामग्रीहरू हुन्छन्, र दुई वैकल्पिक रूपमा बढ्छन्, र प्रत्येक तहको मोटाई 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 परावर्तन पछि बढाइन्छ।

(६) एज-कपल्ड वेभगाइड संरचना (WG-APD)
उपकरण गति र क्वान्टम दक्षतामा अवशोषण तह मोटाईको विभिन्न प्रभावहरूको विरोधाभास समाधान गर्ने अर्को समाधान भनेको किनारा-जोडिएको तरंगगाइड संरचना परिचय गर्नु हो। यो संरचनाले छेउबाट प्रकाशमा प्रवेश गर्छ, किनभने अवशोषण तह धेरै लामो छ, उच्च क्वान्टम दक्षता प्राप्त गर्न सजिलो छ, र एकै समयमा, अवशोषण तहलाई धेरै पातलो बनाउन सकिन्छ, वाहक ट्रान्जिट समय घटाउँछ। त्यसकारण, यो 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 भन्दा सरल छ, जसले DBR मिररको जटिल तयारी प्रक्रियालाई हटाउँछ। त्यसैले, यो व्यावहारिक क्षेत्रमा बढी सम्भव छ र सामान्य विमान अप्टिकल जडानको लागि उपयुक्त छ।

निष्कर्ष
हिमपहिरोको विकासफोटोडिटेक्टरसामग्री र उपकरणहरूको समीक्षा गरिएको छ। InP सामग्रीहरूको इलेक्ट्रोन र प्वाल टक्कर आयनीकरण दरहरू InAlAs को नजिक छन्, जसले दुई वाहक प्रतीकहरूको दोहोरो प्रक्रिया निम्त्याउँछ, जसले हिमस्खलन निर्माण समय लामो बनाउँछ र आवाज बढ्छ। शुद्ध InAlAs सामग्रीहरूको तुलनामा, InGaAs (P) /InAlAs र In (Al) GaAs/InAlAs क्वान्टम कुवा संरचनाहरूमा टक्कर आयनीकरण गुणांकहरूको बढ्दो अनुपात हुन्छ, त्यसैले आवाज प्रदर्शन धेरै परिवर्तन गर्न सकिन्छ। संरचनाको सन्दर्भमा, उपकरण गति र क्वान्टम दक्षतामा अवशोषण तह मोटाईको विभिन्न प्रभावहरूको विरोधाभास समाधान गर्न रेजोनेटर एन्हान्स्ड (RCE) SAGCM संरचना र किनारा-जोडिएको तरंगगाइड संरचना (WG-APD) विकसित गरिएको छ। प्रक्रियाको जटिलताको कारण, यी दुई संरचनाहरूको पूर्ण व्यावहारिक प्रयोगलाई थप अन्वेषण गर्न आवश्यक छ।