பனிச்சரிவு ஃபோட்டோடெக்டரின் (APD photodetector) கொள்கை மற்றும் தற்போதைய நிலைமை பகுதி ஒன்று

சுருக்கம்: பனிச்சரிவு ஃபோட்டோடெக்டரின் அடிப்படை கட்டமைப்பு மற்றும் செயல்பாட்டுக் கொள்கை (APD போட்டோடெக்டர்) அறிமுகப்படுத்தப்பட்டது, சாதன கட்டமைப்பின் பரிணாம செயல்முறை பகுப்பாய்வு செய்யப்படுகிறது, தற்போதைய ஆராய்ச்சி நிலை சுருக்கப்பட்டுள்ளது, மேலும் APD இன் எதிர்கால வளர்ச்சி எதிர்காலத்தில் ஆய்வு செய்யப்படுகிறது.

1. அறிமுகம்
ஃபோட்டோடெக்டர் என்பது ஒளி சமிக்ஞைகளை மின் சமிக்ஞைகளாக மாற்றும் ஒரு சாதனம். ஒருசெமிகண்டக்டர் போட்டோடெக்டர், புகைப்படம்-உருவாக்கப்பட்ட கேரியர் நிகழ்வு ஃபோட்டானால் உற்சாகமாக பயன்படுத்தப்பட்ட சார்பு மின்னழுத்தத்தின் கீழ் வெளிப்புற சுற்றுக்குள் நுழைந்து அளவிடக்கூடிய ஒளி மின்னோட்டத்தை உருவாக்குகிறது. அதிகபட்ச வினைத்திறனுடன் கூட, ஒரு PIN ஃபோட்டோடியோட் ஒரு ஜோடி எலக்ட்ரான்-துளை ஜோடிகளை மட்டுமே உருவாக்க முடியும், இது உள் ஆதாயம் இல்லாத சாதனமாகும். அதிக வினைத்திறனுக்காக, ஒரு பனிச்சரிவு ஃபோட்டோடியோட் (APD) பயன்படுத்தப்படலாம். ஒளி மின்னோட்டத்தில் APD இன் பெருக்க விளைவு அயனியாக்கம் மோதல் விளைவை அடிப்படையாகக் கொண்டது. சில நிபந்தனைகளின் கீழ், முடுக்கப்பட்ட எலக்ட்ரான்கள் மற்றும் துளைகள் ஒரு புதிய ஜோடி எலக்ட்ரான்-துளை ஜோடிகளை உருவாக்க லட்டியுடன் மோதுவதற்கு போதுமான ஆற்றலைப் பெறலாம். இந்த செயல்முறை ஒரு சங்கிலி எதிர்வினை ஆகும், இதனால் ஒளி உறிஞ்சுதலால் உருவாக்கப்பட்ட எலக்ட்ரான்-துளை ஜோடிகளின் ஜோடி அதிக எண்ணிக்கையிலான எலக்ட்ரான்-துளை ஜோடிகளை உருவாக்கி ஒரு பெரிய இரண்டாம் நிலை ஒளி மின்னோட்டத்தை உருவாக்குகிறது. எனவே, APD அதிக வினைத்திறன் மற்றும் உள் ஆதாயத்தைக் கொண்டுள்ளது, இது சாதனத்தின் சிக்னல்-க்கு-இரைச்சல் விகிதத்தை மேம்படுத்துகிறது. APD முக்கியமாக நீண்ட தூரம் அல்லது சிறிய ஆப்டிகல் ஃபைபர் தொடர்பு அமைப்புகளில் பெறப்பட்ட ஆப்டிகல் சக்தியில் மற்ற வரம்புகளுடன் பயன்படுத்தப்படும். தற்போது, ​​பல ஆப்டிகல் சாதன வல்லுநர்கள் APD இன் வாய்ப்புகள் குறித்து மிகவும் நம்பிக்கையுடன் உள்ளனர், மேலும் தொடர்புடைய துறைகளின் சர்வதேச போட்டித்தன்மையை மேம்படுத்த APD இன் ஆராய்ச்சி அவசியம் என்று நம்புகின்றனர்.

2. தொழில்நுட்ப வளர்ச்சிபனிச்சரிவு போட்டோடெக்டர்(APD போட்டோடெக்டர்)

2.1 பொருட்கள்
(1)Si photodetector
Si மெட்டீரியல் டெக்னாலஜி என்பது மைக்ரோ எலக்ட்ரானிக்ஸ் துறையில் பரவலாகப் பயன்படுத்தப்படும் ஒரு முதிர்ந்த தொழில்நுட்பமாகும், ஆனால் ஆப்டிகல் கம்யூனிகேஷன் துறையில் பொதுவாக ஏற்றுக்கொள்ளப்பட்ட 1.31 மிமீ மற்றும் 1.55 மிமீ அலைநீள வரம்பில் சாதனங்களைத் தயாரிப்பதற்கு இது பொருத்தமானதல்ல.

(2) ஜி
Ge APD இன் நிறமாலை பதில் குறைந்த இழப்பு மற்றும் ஆப்டிகல் ஃபைபர் டிரான்ஸ்மிஷனில் குறைந்த சிதறல் தேவைகளுக்கு ஏற்றதாக இருந்தாலும், தயாரிப்பு செயல்பாட்டில் பெரும் சிரமங்கள் உள்ளன. கூடுதலாக, Ge இன் எலக்ட்ரான் மற்றும் துளை அயனியாக்கம் விகிதம் () 1 க்கு அருகில் உள்ளது, எனவே உயர் செயல்திறன் கொண்ட APD சாதனங்களை தயாரிப்பது கடினம்.

(3)In0.53Ga0.47As/InP
In0.53Ga0.47As ஐ APD இன் ஒளி உறிஞ்சும் அடுக்காகவும், InPயை பெருக்கி அடுக்காகவும் தேர்ந்தெடுப்பது பயனுள்ள முறையாகும். In0.53Ga0.47As பொருளின் உறிஞ்சுதல் உச்சம் 1.65mm, 1.31mm,1.55mm அலைநீளம் சுமார் 104cm-1 உயர் உறிஞ்சுதல் குணகம், இது தற்போது ஒளி கண்டறிதலின் உறிஞ்சுதல் அடுக்குக்கு விருப்பமான பொருளாகும்.

(4)InGaAs போட்டோடெக்டர்/இன்போட்டோடெக்டர்
InGaAsP ஐ ஒளி உறிஞ்சும் அடுக்காகவும், InP ஐப் பெருக்கி அடுக்காகவும் தேர்ந்தெடுப்பதன் மூலம், 1-1.4mm மறுமொழி அலைநீளம் கொண்ட APD, அதிக குவாண்டம் செயல்திறன், குறைந்த இருண்ட மின்னோட்டம் மற்றும் அதிக பனிச்சரிவு ஆதாயம் ஆகியவற்றைத் தயாரிக்கலாம். வெவ்வேறு அலாய் கூறுகளைத் தேர்ந்தெடுப்பதன் மூலம், குறிப்பிட்ட அலைநீளங்களுக்கான சிறந்த செயல்திறன் அடையப்படுகிறது.

(5) InGaAs/InAlAs
In0.52Al0.48As பொருள் ஒரு பேண்ட் இடைவெளியைக் கொண்டுள்ளது (1.47eV) மற்றும் 1.55mm அலைநீள வரம்பில் உறிஞ்சாது. மெல்லிய In0.52Al0.48As epitaxial அடுக்கு, தூய எலக்ட்ரான் உட்செலுத்தலின் நிபந்தனையின் கீழ் ஒரு பெருக்கி அடுக்காக InP ஐ விட சிறந்த ஆதாய பண்புகளைப் பெற முடியும் என்பதற்கான சான்றுகள் உள்ளன.

(6) InGaAs/InGaAs (P) /InAlAs மற்றும் InGaAs/In (Al) GaAs/InAlAகள்
பொருட்களின் தாக்க அயனியாக்கம் விகிதம் APD இன் செயல்திறனை பாதிக்கும் ஒரு முக்கிய காரணியாகும். InGaAs (P) /InAlAs மற்றும் In (Al) GaAs/InAlAs சூப்பர்லட்டீஸ் கட்டமைப்புகளை அறிமுகப்படுத்துவதன் மூலம் பெருக்கி அடுக்கின் மோதல் அயனியாக்கம் விகிதத்தை மேம்படுத்தலாம் என்று முடிவுகள் காட்டுகின்றன. சூப்பர்லட்டீஸ் கட்டமைப்பைப் பயன்படுத்துவதன் மூலம், பேண்ட் இன்ஜினியரிங் கடத்தல் பேண்ட் மற்றும் வேலன்ஸ் பேண்ட் மதிப்புகளுக்கு இடையே உள்ள சமச்சீரற்ற பேண்ட் எட்ஜ் இடைநிறுத்தத்தை செயற்கையாகக் கட்டுப்படுத்தலாம், மேலும் கடத்தல் பேண்ட் இடைநிறுத்தம் வேலன்ஸ் பேண்ட் இடைநிறுத்தத்தை (ΔEc>> ΔEv) விட அதிகமாக இருப்பதை உறுதி செய்கிறது. InGaAs மொத்தப் பொருட்களுடன் ஒப்பிடும்போது, ​​InGaAs/InAlAs குவாண்டம் வெல் எலக்ட்ரான் அயனியாக்கம் விகிதம் (a) கணிசமாக அதிகரிக்கிறது, மேலும் எலக்ட்ரான்கள் மற்றும் துளைகள் கூடுதல் ஆற்றலைப் பெறுகின்றன. ΔEc>>ΔEv காரணமாக, துளை அயனியாக்கம் விகிதத்திற்கு (b) துளை ஆற்றலின் பங்களிப்பைக் காட்டிலும் எலக்ட்ரான்களால் பெறப்பட்ட ஆற்றல் எலக்ட்ரான் அயனியாக்கம் விகிதத்தை அதிகரிக்கிறது என்று எதிர்பார்க்கலாம். துளை அயனியாக்கம் வீதத்திற்கு எலக்ட்ரான் அயனியாக்கம் விகிதத்தின் விகிதம் (k) அதிகரிக்கிறது. எனவே, உயர் ஆதாயம்-அலைவரிசை தயாரிப்பு (GBW) மற்றும் குறைந்த இரைச்சல் செயல்திறன் ஆகியவை சூப்பர்லட்டீஸ் கட்டமைப்புகளைப் பயன்படுத்துவதன் மூலம் பெறலாம். இருப்பினும், இந்த InGaAs/InAlAs குவாண்டம் கிணறு அமைப்பு APD, k மதிப்பை அதிகரிக்கக்கூடியது, ஆப்டிகல் பெறுநர்களுக்குப் பயன்படுத்துவது கடினம். ஏனென்றால், அதிகபட்ச வினைத்திறனை பாதிக்கும் பெருக்கி காரணி இருண்ட மின்னோட்டத்தால் வரையறுக்கப்படுகிறது, பெருக்கி சத்தம் அல்ல. இந்த கட்டமைப்பில், இருண்ட மின்னோட்டம் முக்கியமாக InGaAs கிணறு அடுக்கு ஒரு குறுகிய பேண்ட் இடைவெளியுடன் சுரங்கப்பாதை விளைவால் ஏற்படுகிறது, எனவே InGaAs க்கு பதிலாக InGaAs அல்லது InAlGaAs போன்ற பரந்த-பேண்ட் இடைவெளி குவாட்டர்னரி அலாய் அறிமுகப்படுத்தப்பட்டது. குவாண்டம் கிணறு கட்டமைப்பின் இருண்ட மின்னோட்டத்தை அடக்க முடியும்.