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

கொள்கை மற்றும் தற்போதைய நிலைமைபனிச்சரிவு ஒளி உணரி (APD ஒளி உணரிபகுதி இரண்டு

2.2 APD சிப் கட்டமைப்பு
பொருத்தமான சிப் கட்டமைப்பு என்பது உயர் செயல்திறன் கொண்ட சாதனங்களின் அடிப்படை உத்தரவாதமாகும். APD-யின் கட்டமைப்பு வடிவமைப்பானது, முக்கியமாக RC நேர மாறிலி, ஹெட்டரோஜங்ஷனில் துளைப் பிடிப்பு, குறைவுப் பகுதி வழியாக கேரியர் கடந்து செல்லும் நேரம் போன்றவற்றைக் கருத்தில் கொள்கிறது. அதன் கட்டமைப்பின் வளர்ச்சி கீழே சுருக்கமாகக் கொடுக்கப்பட்டுள்ளது:

(1) அடிப்படை அமைப்பு
மிகவும் எளிமையான APD அமைப்பானது PIN ஃபோட்டோடையோடை அடிப்படையாகக் கொண்டது. இதில், P பகுதி மற்றும் N பகுதி ஆகியவை அதிக அளவில் மாசு கலப்பு செய்யப்படுகின்றன. மேலும், முதன்மை ஃபோட்டோ மின்னோட்டத்தின் பெருக்கத்தை உணரும் வகையில், இரண்டாம் நிலை எலக்ட்ரான் மற்றும் ஹோல் ஜோடிகளை உருவாக்குவதற்காக, அருகிலுள்ள P பகுதி அல்லது N பகுதியில் N-வகை அல்லது P-வகை இரட்டை-விலக்கு பகுதி அறிமுகப்படுத்தப்படுகிறது. InP தொடர் பொருட்களில், ஹோல் மோதல் அயனியாக்கக் குணகம், எலக்ட்ரான் மோதல் அயனியாக்கக் குணகத்தை விட அதிகமாக இருப்பதால், N-வகை மாசு கலப்பு செய்யப்பட்ட பெருக்கப் பகுதி பொதுவாக P பகுதியில் வைக்கப்படுகிறது. ஒரு சிறந்த சூழ்நிலையில், ஹோல்கள் மட்டுமே பெருக்கப் பகுதிக்குள் செலுத்தப்படுகின்றன, எனவே இந்த அமைப்பு ஹோல்-செலுத்தப்பட்ட அமைப்பு என்று அழைக்கப்படுகிறது.

(2) உறிஞ்சுதல் மற்றும் ஆதாயம் வேறுபடுத்தப்படுகின்றன
InP-இன் அகன்ற பட்டை இடைவெளிப் பண்புகளின் காரணமாக (InP 1.35eV மற்றும் InGaAs 0.75eV), InP பொதுவாக ஆதாய மண்டலப் பொருளாகவும், InGaAs உறிஞ்சுதல் மண்டலப் பொருளாகவும் பயன்படுத்தப்படுகிறது.

(3) உறிஞ்சுதல், சாய்வு மற்றும் ஆதாய (SAGM) கட்டமைப்புகள் முறையே முன்மொழியப்பட்டுள்ளன.
தற்போது, ​​பெரும்பாலான வணிக APD சாதனங்கள் InP/InGaAs பொருளைப் பயன்படுத்துகின்றன. இதில் InGaAs உறிஞ்சும் அடுக்காகவும், InP உயர் மின்புலத்தின் கீழ் (>5x10⁵V/cm) முறிவு இல்லாமல் பெருக்க மண்டலப் பொருளாகவும் பயன்படுத்தப்படுகிறது. இந்த பொருளைப் பொறுத்தவரை, இந்த APD-யின் வடிவமைப்பு, N-வகை InP-இல் துளைகளின் மோதலால் பனிச்சரிவு செயல்முறை உருவாகும் வகையில் அமைந்துள்ளது. InP மற்றும் InGaAs-க்கு இடையேயான பட்டை இடைவெளியில் உள்ள பெரிய வேறுபாட்டைக் கருத்தில் கொள்ளும்போது, ​​இணைதிறன் பட்டையில் உள்ள சுமார் 0.4eV ஆற்றல் நிலை வேறுபாடு, InGaAs உறிஞ்சும் அடுக்கில் உருவாகும் துளைகளை, InP பெருக்கி அடுக்கை அடைவதற்கு முன்பே பல்லினச் சந்தி விளிம்பில் தடைபடுத்துகிறது. இதனால் அவற்றின் வேகம் பெருமளவில் குறைந்து, இந்த APD-யின் நீண்ட துலங்கல் நேரத்திற்கும் குறுகிய அலைவரிசைக்கும் வழிவகுக்கிறது. இந்த இரண்டு பொருட்களுக்கும் இடையில் ஒரு InGaAsP இடைநிலை அடுக்கைச் சேர்ப்பதன் மூலம் இந்தப் பிரச்சனையைத் தீர்க்க முடியும்.

(4) உறிஞ்சுதல், சாய்வு, மின்னூட்டம் மற்றும் ஆதாயம் (SAGCM) கட்டமைப்புகள் முறையே முன்மொழியப்பட்டுள்ளன.
உறிஞ்சும் அடுக்கு மற்றும் பெருக்க அடுக்கின் மின்புலப் பரவலை மேலும் சரிசெய்வதற்காக, சாதன வடிவமைப்பில் மின்னூட்ட அடுக்கு அறிமுகப்படுத்தப்பட்டுள்ளது, இது சாதனத்தின் வேகத்தையும் துரிதச் செயல்பாட்டையும் பெரிதும் மேம்படுத்துகிறது.

(5) ரெசோனேட்டர் மேம்படுத்தப்பட்ட (RCE) SAGCM அமைப்பு
பாரம்பரிய உணரிகளின் மேற்கூறிய உகந்த வடிவமைப்பில், உறிஞ்சும் அடுக்கின் தடிமன் சாதனத்தின் வேகம் மற்றும் குவாண்டம் செயல்திறனுக்கு ஒரு முரண்பாடான காரணியாக உள்ளது என்ற உண்மையை நாம் எதிர்கொள்ள வேண்டும். உறிஞ்சும் அடுக்கின் மெல்லிய தடிமன் கேரியர் கடக்கும் நேரத்தைக் குறைக்க முடியும், எனவே ஒரு பெரிய அலைவரிசையைப் பெற முடியும். இருப்பினும், அதே நேரத்தில், அதிக குவாண்டம் செயல்திறனைப் பெறுவதற்கு, உறிஞ்சும் அடுக்கு போதுமான தடிமனைக் கொண்டிருக்க வேண்டும். இந்தப் பிரச்சனைக்கான தீர்வு அதிர்வு குழி (RCE) கட்டமைப்பாக இருக்கலாம், அதாவது, சாதனத்தின் அடிப்பகுதியிலும் மேற்பகுதியிலும் பரவலாக்கப்பட்ட பிராக் பிரதிபலிப்பான் (DBR) வடிவமைக்கப்பட்டுள்ளது. DBR கண்ணாடியானது, குறைந்த ஒளிவிலகல் குறியீடு மற்றும் அதிக ஒளிவிலகல் குறியீடு கொண்ட இரண்டு வகையான பொருட்களைக் கட்டமைப்பில் கொண்டுள்ளது, மேலும் அவை இரண்டும் மாறி மாறி வளர்கின்றன, மேலும் ஒவ்வொரு அடுக்கின் தடிமனும் குறைக்கடத்தியில் படும் ஒளியின் அலைநீளத்தின் 1/4 பகுதியை பூர்த்தி செய்கிறது. உணரியின் அதிர்வு அமைப்பு வேகத் தேவைகளைப் பூர்த்தி செய்ய முடியும், உறிஞ்சும் அடுக்கின் தடிமனை மிகவும் மெல்லியதாக உருவாக்க முடியும், மேலும் பல பிரதிபலிப்புகளுக்குப் பிறகு எலக்ட்ரானின் குவாண்டம் செயல்திறன் அதிகரிக்கிறது.

(6) விளிம்பு-இணைக்கப்பட்ட அலை வழிகாட்டி அமைப்பு (WG-APD)
சாதனத்தின் வேகம் மற்றும் குவாண்டம் செயல்திறன் மீது உறிஞ்சு அடுக்கின் தடிமன் ஏற்படுத்தும் வெவ்வேறு விளைவுகளின் முரண்பாட்டைத் தீர்ப்பதற்கான மற்றொரு தீர்வு, விளிம்பு-இணைக்கப்பட்ட அலைவழி அமைப்பை (edge-coupled waveguide structure) அறிமுகப்படுத்துவதாகும். இந்த அமைப்பு ஒளியைப் பக்கவாட்டிலிருந்து உள்ளே அனுமதிக்கிறது. உறிஞ்சு அடுக்கு மிகவும் நீளமாக இருப்பதால், அதிக குவாண்டம் செயல்திறனை எளிதாகப் பெற முடிகிறது. அதே நேரத்தில், உறிஞ்சு அடுக்கை மிகவும் மெல்லியதாக உருவாக்க முடிவதால், கேரியர் கடந்து செல்லும் நேரம் குறைகிறது. எனவே, இந்த அமைப்பு, உறிஞ்சு அடுக்கின் தடிமனைப் பொறுத்து அலைவரிசை மற்றும் செயல்திறன் மாறுபடும் சிக்கலைத் தீர்க்கிறது. இதன் மூலம், அதிக வேகம் மற்றும் அதிக குவாண்டம் செயல்திறன் கொண்ட APD-ஐ அடைய முடியும் என எதிர்பார்க்கப்படுகிறது. WG-APD-இன் செயல்முறை, RCE APD-ஐ விட எளிமையானது. இது DBR கண்ணாடியின் சிக்கலான தயாரிப்பு செயல்முறையை நீக்குகிறது. எனவே, இது நடைமுறைத் துறையில் மிகவும் சாத்தியமானது மற்றும் பொதுவான தள ஒளியியல் இணைப்புக்கு ஏற்றது.

3. முடிவுரை
பனிச்சரிவின் வளர்ச்சிஒளி உணரிபொருட்கள் மற்றும் சாதனங்கள் மதிப்பாய்வு செய்யப்படுகின்றன. InP பொருட்களின் எலக்ட்ரான் மற்றும் ஹோல் மோதல் அயனியாக்க விகிதங்கள் InAlAs-ன் விகிதங்களுக்கு நெருக்கமாக உள்ளன, இது இரண்டு கேரியர் சிம்பியான்களின் இரட்டை செயல்முறைக்கு வழிவகுக்கிறது, இதனால் அவலான்ச் உருவாக்கும் நேரம் நீண்டு, இரைச்சல் அதிகரிக்கிறது. தூய InAlAs பொருட்களுடன் ஒப்பிடும்போது, ​​InGaAs (P) /InAlAs மற்றும் In (Al) GaAs/InAlAs குவாண்டம் வெல் கட்டமைப்புகள் மோதல் அயனியாக்க குணகங்களின் அதிகரித்த விகிதத்தைக் கொண்டுள்ளன, எனவே இரைச்சல் செயல்திறன் பெரிதும் மாறக்கூடும். கட்டமைப்பைப் பொறுத்தவரை, சாதனத்தின் வேகம் மற்றும் குவாண்டம் செயல்திறன் மீதான உறிஞ்சுதல் அடுக்கு தடிமனின் வெவ்வேறு விளைவுகளின் முரண்பாடுகளைத் தீர்ப்பதற்காக, ரெசனேட்டர் மேம்படுத்தப்பட்ட (RCE) SAGCM கட்டமைப்பு மற்றும் எட்ஜ்-கப்பிள்டு வேவ்கைடு கட்டமைப்பு (WG-APD) ஆகியவை உருவாக்கப்பட்டுள்ளன. செயல்முறையின் சிக்கலான தன்மை காரணமாக, இந்த இரண்டு கட்டமைப்புகளின் முழுமையான நடைமுறைப் பயன்பாடு மேலும் ஆராயப்பட வேண்டும்.