பனிச்சரிவு ஒளிக்கற்றை கண்டுபிடிப்பானின் (APD ஒளிக்கற்றை கண்டுபிடிப்பான்) கொள்கை மற்றும் தற்போதைய நிலைமை பகுதி ஒன்று

சுருக்கம்: பனிச்சரிவு ஒளிக்கற்றை கண்டுபிடிப்பாளரின் அடிப்படை அமைப்பு மற்றும் செயல்பாட்டுக் கொள்கை (APD ஒளிக்கற்றை) அறிமுகப்படுத்தப்படுகின்றன, சாதன கட்டமைப்பின் பரிணாம செயல்முறை பகுப்பாய்வு செய்யப்படுகிறது, தற்போதைய ஆராய்ச்சி நிலை சுருக்கப்பட்டுள்ளது, மேலும் APD இன் எதிர்கால வளர்ச்சி வருங்காலத்தில் ஆய்வு செய்யப்படுகிறது.

1. அறிமுகம்
ஒளிக்கற்றை கண்டுபிடிப்பான் என்பது ஒளி சமிக்ஞைகளை மின் சமிக்ஞைகளாக மாற்றும் ஒரு சாதனம் ஆகும்.குறைக்கடத்தி ஒளிக்கற்றை, சம்பவ ஃபோட்டானால் தூண்டப்பட்ட புகைப்படத்தால் உருவாக்கப்பட்ட கேரியர், பயன்படுத்தப்பட்ட சார்பு மின்னழுத்தத்தின் கீழ் வெளிப்புற சுற்றுக்குள் நுழைந்து அளவிடக்கூடிய ஒளி மின்னோட்டத்தை உருவாக்குகிறது. அதிகபட்ச மறுமொழி நிலையில் கூட, ஒரு PIN ஃபோட்டோடியோட் அதிகபட்சமாக ஒரு ஜோடி எலக்ட்ரான்-துளை ஜோடிகளை மட்டுமே உருவாக்க முடியும், இது உள் ஆதாயம் இல்லாத ஒரு சாதனமாகும். அதிக மறுமொழிக்கு, ஒரு பனிச்சரிவு ஃபோட்டோடியோட் (APD) பயன்படுத்தப்படலாம். ஒளி மின்னோட்டத்தில் 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 ஒளி மின்னோட்டத்தை உருவாக்குகிறது. எனவே, APD அதிக மறுமொழி மற்றும் உள் ஆதாயத்தைக் கொண்டுள்ளது, இது சாதனத்தின் சமிக்ஞை-இரைச்சல் விகிதத்தை மேம்படுத்துகிறது. APD முக்கியமாக நீண்ட தூரம் அல்லது சிறிய ஆப்டிகல் ஃபைபர் தொடர்பு அமைப்புகளில் பெறப்பட்ட ஒளியியல் சக்தியில் பிற 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 நம்புகிறார்கள்.

2. தொழில்நுட்ப மேம்பாடுபனிச்சரிவு ஒளிக்கண்டறிப்பான்(APD ஒளிக்கற்றை கண்டுபிடிப்பான்)

2.1 பொருட்கள்
(1)Si ஒளிக்கற்றை
Si பொருள் தொழில்நுட்பம் என்பது மைக்ரோ எலக்ட்ரானிக்ஸ் துறையில் பரவலாகப் பயன்படுத்தப்படும் ஒரு முதிர்ந்த தொழில்நுட்பமாகும், ஆனால் இது பொதுவாக ஒளியியல் தொடர்புத் துறையில் ஏற்றுக்கொள்ளப்பட்ட 1.31 மிமீ மற்றும் 1.55 மிமீ அலைநீள வரம்பில் உள்ள சாதனங்களைத் தயாரிப்பதற்கு ஏற்றதல்ல.

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

(3)இன்0.53Ga0.47As/இன்P
APD இன் ஒளி உறிஞ்சுதல் அடுக்காக In0.53Ga0.47As ஐயும் பெருக்கி அடுக்காக InP ஐயும் தேர்ந்தெடுப்பது ஒரு பயனுள்ள முறையாகும். In0.53Ga0.47As பொருளின் உறிஞ்சுதல் உச்சம் 1.65mm, 1.31mm, 1.55mm அலைநீளம் சுமார் 104cm-1 உயர் உறிஞ்சுதல் குணகம் ஆகும், இது தற்போது ஒளி கண்டுபிடிப்பானின் உறிஞ்சுதல் அடுக்குக்கு விருப்பமான பொருளாகும்.

(4)InGaAs ஒளிக்கண்டறிப்பான்/இன்ஒளிக்கண்டறிப்பான்
InGaAsP ஐ ஒளி உறிஞ்சும் அடுக்காகவும், InP ஐ பெருக்கி அடுக்காகவும் தேர்ந்தெடுப்பதன் மூலம், 1-1.4 மிமீ மறுமொழி அலைநீளம், அதிக குவாண்டம் செயல்திறன், குறைந்த இருண்ட மின்னோட்டம் மற்றும் அதிக பனிச்சரிவு ஆதாயம் கொண்ட APD ஐ தயாரிக்க முடியும். வெவ்வேறு அலாய் கூறுகளைத் தேர்ந்தெடுப்பதன் மூலம், குறிப்பிட்ட அலைநீளங்களுக்கான சிறந்த செயல்திறன் அடையப்படுகிறது.

(5)InGaAs/InAlAs
In0.52Al0.48As பொருள் ஒரு பட்டை இடைவெளியைக் கொண்டுள்ளது (1.47eV) மற்றும் 1.55 மிமீ அலைநீள வரம்பில் உறிஞ்சாது. மெல்லிய In0.52Al0.48As எபிடாக்சியல் 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/InAlAs
பொருட்களின் தாக்க அயனியாக்கம் விகிதம் APD இன் செயல்திறனைப் பாதிக்கும் ஒரு முக்கிய காரணியாகும். InGaAs (P) /InAlAs மற்றும் In (Al) GaAs/InAlAs சூப்பர்லட்டீஸ் கட்டமைப்புகளை அறிமுகப்படுத்துவதன் மூலம் பெருக்கி அடுக்கின் மோதல் அயனியாக்கம் விகிதத்தை மேம்படுத்த முடியும் என்பதை முடிவுகள் காட்டுகின்றன. சூப்பர்லட்டீஸ் கட்டமைப்பைப் பயன்படுத்துவதன் மூலம், பேண்ட் இன்ஜினியரிங் கடத்தல் பட்டைக்கும் வேலன்ஸ் பேண்ட் மதிப்புகளுக்கும் இடையிலான சமச்சீரற்ற பேண்ட் விளிம்பு தொடர்ச்சியின்மையை செயற்கையாகக் கட்டுப்படுத்தலாம், மேலும் கடத்தல் பட்டை தொடர்ச்சியின்மை வேலன்ஸ் பேண்ட் தொடர்ச்சியின்மை (ΔEc>ΔEv) ஐ விட மிகப் பெரியதாக இருப்பதை உறுதிசெய்யலாம். InGaAs மொத்தப் பொருட்களுடன் ஒப்பிடும்போது, ​​InGaAs/InAlAs குவாண்டம் கிணறு எலக்ட்ரான் அயனியாக்கம் விகிதம் (a) கணிசமாக அதிகரிக்கிறது, மேலும் எலக்ட்ரான்கள் மற்றும் துளைகள் கூடுதல் ஆற்றலைப் பெறுகின்றன. ΔEc>ΔEv காரணமாக, எலக்ட்ரான்களால் பெறப்பட்ட ஆற்றல் துளை அயனியாக்கம் விகிதத்திற்கு துளை ஆற்றலின் பங்களிப்பை விட எலக்ட்ரான் அயனியாக்கம் விகிதத்தை மிக அதிகமாக அதிகரிக்கிறது என்று எதிர்பார்க்கலாம் (b). துளை அயனியாக்கம் விகிதத்திற்கு எலக்ட்ரான் அயனியாக்கம் விகிதத்தின் விகிதம் (k) அதிகரிக்கிறது. எனவே, சூப்பர்லட்டிஸ் கட்டமைப்புகளைப் பயன்படுத்துவதன் மூலம் அதிக ஆதாய-அலைவரிசை தயாரிப்பு (GBW) மற்றும் குறைந்த இரைச்சல் செயல்திறனைப் பெறலாம். இருப்பினும், k மதிப்பை அதிகரிக்கக்கூடிய இந்த InGaAs/InAlAs குவாண்டம் கிணறு அமைப்பு APD, ஆப்டிகல் பெறுநர்களுக்குப் பயன்படுத்துவது கடினம். ஏனெனில் அதிகபட்ச வினைத்திறனைப் பாதிக்கும் பெருக்கி காரணி பெருக்கி இரைச்சலால் அல்ல, இருண்ட மின்னோட்டத்தால் வரையறுக்கப்படுகிறது. இந்த கட்டமைப்பில், இருண்ட மின்னோட்டம் முக்கியமாக ஒரு குறுகிய பட்டை இடைவெளியுடன் கூடிய InGaAs கிணறு அடுக்கின் சுரங்கப்பாதை விளைவால் ஏற்படுகிறது, எனவே குவாண்டம் கிணறு கட்டமைப்பின் கிணறு அடுக்காக InGaAs க்குப் பதிலாக InGaAsP அல்லது InAlGaAs போன்ற பரந்த-அலைவரிசை இடைவெளி குவாட்டர்னரி அலாய் அறிமுகப்படுத்தப்படுவது இருண்ட மின்னோட்டத்தை அடக்க முடியும்.