பனிச்சரிவு ஃபோட்டோடெக்டர் (ஏபிடி ஃபோட்டோடெக்டர்) பகுதி ஒன்றின் கொள்கை மற்றும் தற்போதைய நிலைமை

சுருக்கம்: பனிச்சரிவு ஒளிமின்னழுத்தத்தின் அடிப்படை அமைப்பு மற்றும் பணிபுரியும் கொள்கை (APD ஃபோட்டோடெக்டர்) அறிமுகப்படுத்தப்படுகிறது, சாதன கட்டமைப்பின் பரிணாம செயல்முறை பகுப்பாய்வு செய்யப்படுகிறது, தற்போதைய ஆராய்ச்சி நிலை சுருக்கப்பட்டுள்ளது, மேலும் APD இன் எதிர்கால வளர்ச்சி வருங்காலத்தில் ஆய்வு செய்யப்படுகிறது.

1. அறிமுகம்
ஒரு ஃபோட்டோடெக்டர் என்பது ஒளி சமிக்ஞைகளை மின் சமிக்ஞைகளாக மாற்றும் சாதனம். Aகுறைக்கடத்தி ஃபோட்டோடெக்டர். அதிகபட்ச மறுமொழியில் கூட, ஒரு முள் ஃபோட்டோடியோட் ஒரு ஜோடி எலக்ட்ரான்-துளை ஜோடிகளை மட்டுமே உருவாக்க முடியும், இது உள் ஆதாயம் இல்லாத சாதனமாகும். அதிக மறுமொழிக்கு, ஒரு பனிச்சரிவு ஃபோட்டோடியோட் (ஏபிடி) பயன்படுத்தப்படலாம். ஒளிச்சேர்க்கையில் APD இன் பெருக்க விளைவு அயனியாக்கம் மோதல் விளைவை அடிப்படையாகக் கொண்டது. சில நிபந்தனைகளின் கீழ், துரிதப்படுத்தப்பட்ட எலக்ட்ரான்கள் மற்றும் துளைகள் ஒரு புதிய ஜோடி எலக்ட்ரான்-துளை ஜோடிகளை உருவாக்க லட்டியுடன் மோதுவதற்கு போதுமான ஆற்றலைப் பெறலாம். இந்த செயல்முறை ஒரு சங்கிலி எதிர்வினை, இதனால் ஒளி உறிஞ்சுதலால் உருவாக்கப்படும் எலக்ட்ரான்-துளை ஜோடிகளின் ஜோடி அதிக எண்ணிக்கையிலான எலக்ட்ரான்-துளை ஜோடிகளை உருவாக்கி ஒரு பெரிய இரண்டாம் நிலை ஒளிச்சேர்க்கையை உருவாக்கும். ஆகையால், ஏபிடி அதிக மறுமொழி மற்றும் உள் ஆதாயத்தைக் கொண்டுள்ளது, இது சாதனத்தின் சமிக்ஞை-இரைச்சல் விகிதத்தை மேம்படுத்துகிறது. பெறப்பட்ட ஆப்டிகல் சக்தியின் பிற வரம்புகளுடன் ஏபிடி முக்கியமாக நீண்ட தூர அல்லது சிறிய ஆப்டிகல் ஃபைபர் தகவல்தொடர்பு அமைப்புகளில் பயன்படுத்தப்படும். தற்போது, ​​பல ஆப்டிகல் சாதன வல்லுநர்கள் ஏபிடியின் வாய்ப்புகள் குறித்து மிகவும் நம்பிக்கையுடன் உள்ளனர், மேலும் தொடர்புடைய துறைகளின் சர்வதேச போட்டித்தன்மையை மேம்படுத்த ஏபிடி ஆராய்ச்சி அவசியம் என்று நம்புகிறார்கள்.

2. தொழில்நுட்ப வளர்ச்சிபனிச்சரிவு ஃபோட்டோடெக்டர்(ஏபிடி ஃபோட்டோடெக்டர்)

2.1 பொருட்கள்
(1)எஸ்ஐ ஃபோட்டோடெக்டர்
எஸ்ஐ பொருள் தொழில்நுட்பம் என்பது ஒரு முதிர்ந்த தொழில்நுட்பமாகும், இது மைக்ரோ எலக்ட்ரானிக்ஸ் துறையில் பரவலாகப் பயன்படுத்தப்படுகிறது, ஆனால் இது 1.31 மிமீ மற்றும் 1.55 மிமீ அலைநீள வரம்பில் சாதனங்களை தயாரிப்பதற்கு பொருத்தமானதல்ல, அவை பொதுவாக ஆப்டிகல் கம்யூனிகேஷன் துறையில் ஏற்றுக்கொள்ளப்படுகின்றன.

(2) ஜீ
GE APD இன் நிறமாலை பதில் குறைந்த இழப்பு மற்றும் ஆப்டிகல் ஃபைபர் பரிமாற்றத்தில் குறைந்த சிதறலின் தேவைகளுக்கு ஏற்றது என்றாலும், தயாரிப்பு செயல்பாட்டில் பெரும் சிரமங்கள் உள்ளன. கூடுதலாக, GE இன் எலக்ட்ரான் மற்றும் துளை அயனியாக்கம் வீத விகிதம் () 1 க்கு அருகில் உள்ளது, எனவே உயர் செயல்திறன் கொண்ட APD சாதனங்களைத் தயாரிப்பது கடினம்.

(3) IN0.53GA0.47AS/INP
IN0.53GA0.47AS ஐ APD இன் ஒளி உறிஞ்சுதல் அடுக்காகவும், INP இன் பெருக்கி அடுக்காகவும் தேர்ந்தெடுக்க இது ஒரு சிறந்த முறையாகும். IN0.53GA0.47AS பொருளின் உறிஞ்சுதல் உச்சநிலை 1.65 மிமீ, 1.31 மிமீ, 1.55 மிமீ அலைநீளம் சுமார் 104cm-1 உயர் உறிஞ்சுதல் குணகம் ஆகும், இது தற்போது ஒளி கண்டறிதலின் உறிஞ்சுதல் அடுக்குக்கு விருப்பமான பொருள்.

(4)Ingaas fotodetector/உள்ளேஃபோட்டோடெக்டர்
இங்காஸ்பை ஒளி உறிஞ்சும் அடுக்காகவும், ஐ.என்.பி பெருக்கி அடுக்காகவும் தேர்ந்தெடுப்பதன் மூலம், 1-1.4 மிமீ மறுமொழி அலைநீளம், அதிக குவாண்டம் செயல்திறன், குறைந்த இருண்ட மின்னோட்டம் மற்றும் உயர் பனிச்சரிவு ஆதாயம் ஆகியவற்றைக் கொண்ட ஏபிடி தயாரிக்கப்படலாம். வெவ்வேறு அலாய் கூறுகளைத் தேர்ந்தெடுப்பதன் மூலம், குறிப்பிட்ட அலைநீளங்களுக்கான சிறந்த செயல்திறன் அடையப்படுகிறது.

(5) இங்காஸ்/இனலாஸ்
IN0.52AL0.48AS பொருள் ஒரு இசைக்குழு இடைவெளியைக் கொண்டுள்ளது (1.47EV) மற்றும் 1.55 மிமீ அலைநீள வரம்பில் உறிஞ்சாது. மெல்லிய in0.52al0.48as எபிடாக்சியல் லேயர் தூய எலக்ட்ரான் ஊசி நிலையில் உள்ள ஒரு பெருக்கி அடுக்காக ஐ.என்.பி -ஐ விட சிறந்த ஆதாய பண்புகளைப் பெற முடியும் என்பதற்கான சான்றுகள் உள்ளன.

(6)InGaAs/InGaAs (P) /InAlAs and InGaAs/In (Al) GaAs/InAlAs
பொருட்களின் தாக்க அயனியாக்கம் வீதம் APD இன் செயல்திறனை பாதிக்கும் ஒரு முக்கிய காரணியாகும். இங்காக்கள் (பி) /இனலாஸ் மற்றும் (அல்) காஸ் /இனாலாஸ் சூப்பர் லாட்டிஸ் கட்டமைப்புகளில் அறிமுகப்படுத்துவதன் மூலம் பெருக்கி அடுக்கின் மோதல் அயனியாக்கம் வீதத்தை மேம்படுத்த முடியும் என்பதை முடிவுகள் காட்டுகின்றன. சூப்பர்லட்டிஸ் கட்டமைப்பைப் பயன்படுத்துவதன் மூலம், இசைக்குழு பொறியியல் கடத்துதல் இசைக்குழுவிற்கும் வேலன்ஸ் பேண்ட் மதிப்புகளுக்கும் இடையிலான சமச்சீரற்ற இசைக்குழு விளிம்பு இடைநிறுத்தத்தை செயற்கையாக கட்டுப்படுத்த முடியும், மேலும் கடத்தல் இசைக்குழு இடைநிறுத்தம் வேலன்ஸ் பேண்ட் இடைநிறுத்தத்தை விட மிகப் பெரியது என்பதை உறுதிப்படுத்த முடியும் (ΔEC >> ΔEV). INGAAS மொத்தப் பொருட்களுடன் ஒப்பிடும்போது, ​​INGAAS/INALAS குவாண்டம் வெல் எலக்ட்ரான் அயனியாக்கம் வீதம் (A) கணிசமாக அதிகரிக்கிறது, மேலும் எலக்ட்ரான்கள் மற்றும் துளைகள் கூடுதல் ஆற்றலைப் பெறுகின்றன. ΔEC >> ΔEV காரணமாக, எலக்ட்ரான்களால் பெறப்பட்ட ஆற்றல் எலக்ட்ரான் அயனியாக்கம் வீதத்தை துளை ஆற்றலின் பங்களிப்பை விட துளை அயனியாக்கம் வீதத்திற்கு (பி) அதிகரிக்கிறது என்று எதிர்பார்க்கலாம். துளை அயனியாக்கம் வீதத்திற்கான எலக்ட்ரான் அயனியாக்கம் விகிதத்தின் விகிதம் (கே) அதிகரிக்கிறது. ஆகையால், சூப்பர் லாட்டிஸ் கட்டமைப்புகளைப் பயன்படுத்துவதன் மூலம் அதிக ஆதாய-பல அகல தயாரிப்பு (ஜிபிடபிள்யூ) மற்றும் குறைந்த இரைச்சல் செயல்திறனைப் பெறலாம். இருப்பினும், கே மதிப்பை அதிகரிக்கக்கூடிய இந்த இங்காஸ்/இனாலாஸ் குவாண்டம் கிணறு கட்டமைப்பு ஏபிடி, ஆப்டிகல் பெறுநர்களுக்கு விண்ணப்பிப்பது கடினம். ஏனென்றால், அதிகபட்ச மறுமொழியை பாதிக்கும் பெருக்கி காரணி இருண்ட மின்னோட்டத்தால் வரையறுக்கப்பட்டுள்ளது, பெருக்கி சத்தம் அல்ல. இந்த கட்டமைப்பில், இருண்ட மின்னோட்டம் முக்கியமாக ஒரு குறுகிய இசைக்குழு இடைவெளியுடன் இங்காஸ் கிணறு அடுக்கின் சுரங்கப்பாதை விளைவால் ஏற்படுகிறது, எனவே குவாண்டம் கிணறு கட்டமைப்பின் கிணறு அடுக்காக இங்காஸுக்குப் பதிலாக இங்காஸ்ப் அல்லது இனால்காஸ் போன்ற ஒரு பரந்த-இசைக்குழு இடைவெளி குவாட்டர்னரி அலாய் அறிமுகப்படுத்தப்படுகிறது.