பனிச்சரிவு ஒளி உணரியின் (APD ஒளி உணரி) கொள்கை மற்றும் தற்போதைய நிலை - பகுதி ஒன்று

சுருக்கம்: பனிச்சரிவு ஒளி உணரியின் அடிப்படை அமைப்பு மற்றும் செயல்படும் கொள்கை (APD ஒளி உணரி) அறிமுகப்படுத்தப்பட்டு, சாதனக் கட்டமைப்பின் பரிணாம வளர்ச்சி செயல்முறை பகுப்பாய்வு செய்யப்பட்டு, தற்போதைய ஆராய்ச்சி நிலை சுருக்கமாகக் கூறப்பட்டு, APD-யின் எதிர்கால வளர்ச்சி முன்னோக்குடன் ஆய்வு செய்யப்படுகிறது.

1. அறிமுகம்
ஒளி உணரி என்பது ஒளி சமிக்ஞைகளை மின் சமிக்ஞைகளாக மாற்றும் ஒரு கருவியாகும்.குறைக்கடத்தி ஒளி உணரிபடுகதிர் ஃபோட்டானால் தூண்டப்பட்ட ஒளி-உருவாக்கப்பட்ட கேரியர், செலுத்தப்பட்ட சார்பு மின்னழுத்தத்தின் கீழ் வெளிப்புறச் சுற்றுக்குள் நுழைந்து, அளவிடக்கூடிய ஒரு ஒளிமின்னோட்டத்தை உருவாக்குகிறது. அதிகபட்ச பதிலளிப்புத்திறனில் கூட, ஒரு PIN ஃபோட்டோடியோடால் அதிகபட்சமாக ஒரு ஜோடி எலக்ட்ரான்-துளை இணைகளை மட்டுமே உருவாக்க முடியும், இது உள் ஆதாயம் இல்லாத ஒரு சாதனமாகும். அதிக பதிலளிப்புத்திறனுக்காக, ஒரு அவலான்ச் ஃபோட்டோடியோடை (APD) பயன்படுத்தலாம். ஒளிமின்னோட்டத்தின் மீதான APD-யின் பெருக்கும் விளைவு, அயனியாக்க மோதல் விளைவை அடிப்படையாகக் கொண்டது. சில நிபந்தனைகளின் கீழ், முடுக்கப்பட்ட எலக்ட்ரான்களும் துளைகளும் பின்னலுடன் மோதி ஒரு புதிய ஜோடி எலக்ட்ரான்-துளை இணைகளை உருவாக்கப் போதுமான ஆற்றலைப் பெற முடியும். இந்த செயல்முறை ஒரு சங்கிலித் தொடர் வினையாகும், இதன் மூலம் ஒளி உறிஞ்சுதலால் உருவாக்கப்பட்ட எலக்ட்ரான்-துளை இணைகள் அதிக எண்ணிக்கையிலான எலக்ட்ரான்-துளை இணைகளை உருவாக்கி ஒரு பெரிய இரண்டாம் நிலை ஒளிமின்னோட்டத்தை உருவாக்குகின்றன. எனவே, APD அதிக பதிலளிப்புத்திறன் மற்றும் உள் ஆதாயத்தைக் கொண்டுள்ளது, இது சாதனத்தின் சிக்னல்-டு-நாய்ஸ் விகிதத்தை மேம்படுத்துகிறது. பெறப்பட்ட ஒளியியல் ஆற்றலில் பிற வரம்புகளைக் கொண்ட நீண்ட தூர அல்லது சிறிய ஒளியிழைத் தொடர்பு அமைப்புகளில் APD முக்கியமாகப் பயன்படுத்தப்படும். தற்போது, ​​பல ஒளியியல் சாதன வல்லுநர்கள் APD-யின் எதிர்காலம் குறித்து மிகவும் நம்பிக்கையுடன் உள்ளனர், மேலும் அது தொடர்பான துறைகளின் சர்வதேசப் போட்டித்திறனை மேம்படுத்துவதற்கு APD குறித்த ஆராய்ச்சி அவசியம் என்றும் நம்புகிறார்கள்.

2. தொழில்நுட்ப வளர்ச்சிபனிச்சரிவு ஒளி உணரி(APD ஒளி உணரி)

2.1 பொருட்கள்
(1)Si ஒளி உணரி
சிலிக்கான் (Si) பொருள் தொழில்நுட்பம் என்பது நுண்மின்னணுவியல் துறையில் பரவலாகப் பயன்படுத்தப்படும் ஒரு முதிர்ந்த தொழில்நுட்பமாகும், ஆனால் ஒளியியல் தகவல் தொடர்புத் துறையில் பொதுவாக ஏற்றுக்கொள்ளப்பட்ட 1.31 மிமீ மற்றும் 1.55 மிமீ அலைநீள வரம்பில் சாதனங்களைத் தயாரிப்பதற்கு இது பொருத்தமானதல்ல.

(2)ஜி
ஒளியிழைப் பரிமாற்றத்தில் குறைந்த இழப்பு மற்றும் குறைந்த சிதறல் ஆகிய தேவைகளுக்கு Ge APD-யின் நிறமாலைத் துலங்கல் பொருத்தமானதாக இருந்தாலும், அதன் தயாரிப்புச் செயல்முறையில் பெரும் சிரமங்கள் உள்ளன. மேலும், Ge-யின் எலக்ட்ரான் மற்றும் ஹோல் அயனியாக்க விகிதமானது () 1-க்கு அருகில் இருப்பதால், உயர் செயல்திறன் கொண்ட APD சாதனங்களைத் தயாரிப்பது கடினமாக உள்ளது.

(3)In0.53Ga0.47As/InP
APD-யின் ஒளி உறிஞ்சும் அடுக்காக In0.53Ga0.47As-ஐயும், பெருக்கி அடுக்காக InP-ஐயும் தேர்ந்தெடுப்பது ஒரு சிறந்த முறையாகும். In0.53Ga0.47As பொருளின் 1.65mm, 1.31mm, 1.55mm அலைநீளங்களில் உள்ள உறிஞ்சும் உச்சமானது சுமார் 104cm-1 என்ற உயர் உறிஞ்சும் குணகத்தைக் கொண்டுள்ளது. இது தற்போது ஒளி உணரியின் உறிஞ்சும் அடுக்கிற்கு விரும்பப்படும் பொருளாகும்.

(4)InGaAs ஒளி உணரி/இல்ஒளி உணரி
InGaAsP-ஐ ஒளி உறிஞ்சும் அடுக்காகவும், InP-ஐ பெருக்கி அடுக்காகவும் தேர்ந்தெடுப்பதன் மூலம், 1-1.4 மிமீ பதிலளிப்பு அலைநீளம், உயர் குவாண்டம் செயல்திறன், குறைந்த இருள் மின்னோட்டம் மற்றும் உயர் பனிச்சரிவு ஆதாயம் கொண்ட APD-ஐத் தயாரிக்க முடியும். வெவ்வேறு உலோகக் கலவைக் கூறுகளைத் தேர்ந்தெடுப்பதன் மூலம், குறிப்பிட்ட அலைநீளங்களுக்கான சிறந்த செயல்திறன் அடையப்படுகிறது.

(5)InGaAs/InAlAs
In0.52Al0.48As பொருளானது 1.47 eV பட்டை இடைவெளியைக் கொண்டுள்ளது மற்றும் 1.55 மிமீ அலைநீள வரம்பில் உறிஞ்சுவதில்லை. தூய எலக்ட்ரான் உட்செலுத்தல் நிலையில், பெருக்கி அடுக்காக InP-ஐ விட மெல்லிய In0.52Al0.48As எபிடெக்சியல் அடுக்கானது சிறந்த ஆதாயப் பண்புகளைப் பெற முடியும் என்பதற்குச் சான்றுகள் உள்ளன.

(6)InGaAs/InGaAs (P) /InAlAs மற்றும் InGaAs/In (Al) GaAs/InAlAs
பொருட்களின் மோதல் அயனியாக்க விகிதம், APD-யின் செயல்திறனைப் பாதிக்கும் ஒரு முக்கிய காரணியாகும். InGaAs (P) /InAlAs மற்றும் In (Al) GaAs/InAlAs சூப்பர்லேட்டிஸ் கட்டமைப்புகளை அறிமுகப்படுத்துவதன் மூலம், பெருக்கி அடுக்கின் மோதல் அயனியாக்க விகிதத்தை மேம்படுத்த முடியும் என்பதை முடிவுகள் காட்டுகின்றன. சூப்பர்லேட்டிஸ் கட்டமைப்பைப் பயன்படுத்துவதன் மூலம், பட்டைப் பொறியியலானது கடத்தும் பட்டைக்கும் இணைதிறன் பட்டைக்கும் இடையிலான சமச்சீரற்ற பட்டை விளிம்பு தொடர்ச்சியின்மையை செயற்கையாகக் கட்டுப்படுத்த முடியும், மேலும் கடத்தும் பட்டை தொடர்ச்சியின்மையானது இணைதிறன் பட்டை தொடர்ச்சியின்மையை விட மிக அதிகமாக இருப்பதை (ΔEc>>ΔEv) உறுதி செய்கிறது. InGaAs மொத்தப் பொருட்களுடன் ஒப்பிடும்போது, ​​InGaAs/InAlAs குவாண்டம் கிணறு எலக்ட்ரான் அயனியாக்க விகிதம் (a) கணிசமாக அதிகரிக்கிறது, மேலும் எலக்ட்ரான்களும் துளைகளும் கூடுதல் ஆற்றலைப் பெறுகின்றன. ΔEc>>ΔEv காரணமாக, எலக்ட்ரான்களால் பெறப்படும் ஆற்றலானது, துளை அயனியாக்க விகிதத்திற்கு (b) துளை ஆற்றலின் பங்களிப்பை விட எலக்ட்ரான் அயனியாக்க விகிதத்தை மிக அதிகமாக அதிகரிக்கும் என்று எதிர்பார்க்கலாம். எலக்ட்ரான் அயனியாக்க விகிதத்திற்கும் துளை அயனியாக்க விகிதத்திற்கும் இடையிலான விகிதம் (k) அதிகரிக்கிறது. எனவே, சூப்பர்லேட்டிஸ் கட்டமைப்புகளைப் பயன்படுத்துவதன் மூலம் உயர் ஆதாய-அலைவரிசைப் பெருக்கத்தையும் (GBW) குறைந்த இரைச்சல் செயல்திறனையும் பெற முடியும். இருப்பினும், k மதிப்பை அதிகரிக்கக்கூடிய இந்த InGaAs/InAlAs குவாண்டம் கிணறு கட்டமைப்பு APD-ஐ, ஒளியியல் ஏற்பிகளில் பயன்படுத்துவது கடினம். இதற்குக் காரணம், அதிகபட்ச பதிலளிப்புத்திறனைப் பாதிக்கும் பெருக்கிக் காரணியானது, பெருக்கி இரைச்சலால் அல்லாமல், இருள் மின்னோட்டத்தால் கட்டுப்படுத்தப்படுகிறது. இந்தக் கட்டமைப்பில், இருள் மின்னோட்டமானது முக்கியமாக குறுகிய பட்டை இடைவெளியைக் கொண்ட InGaAs கிணறு அடுக்கின் சுரங்கப்பாதை விளைவால் ஏற்படுகிறது. எனவே, குவாண்டம் கிணறு கட்டமைப்பின் கிணறு அடுக்காக InGaAs-க்கு பதிலாக InGaAsP அல்லது InAlGaAs போன்ற அகன்ற பட்டை இடைவெளி கொண்ட நான்மடி உலோகக்கலவையை அறிமுகப்படுத்துவதன் மூலம் இருள் மின்னோட்டத்தை அடக்க முடியும்.