සාරාංශය: avalanche photodetector හි මූලික ව්‍යුහය සහ ක්‍රියාකාරී මූලධර්මය (APD photodetector) හඳුන්වා දෙනු ලැබේ, උපාංග ව්‍යුහයේ පරිණාම ක්‍රියාවලිය විශ්ලේෂණය කරනු ලැබේ, වර්තමාන පර්යේෂණ තත්ත්වය සාරාංශ කර ඇත, සහ APD හි අනාගත සංවර්ධනය අපේක්ෂාවෙන් අධ්‍යයනය කෙරේ.
1. හැඳින්වීම
photodetector යනු ආලෝක සංඥා විද්‍යුත් සංඥා බවට පරිවර්තනය කරන උපකරණයකි. ඒඅර්ධ සන්නායක photodetector, සිද්ධි ෆෝටෝනය මගින් උද්යෝගිමත් වූ ඡායාරූප-උත්පාදනය කරන ලද වාහකය ව්යවහාරික පක්ෂග්රාහී වෝල්ටීයතාවය යටතේ බාහිර පරිපථයට ඇතුල් වන අතර මැනිය හැකි ප්රභා ධාරාවක් සාදයි. උපරිම ප්‍රතිචාර දැක්වීමේදී වුවද, PIN ෆොටෝඩියෝඩයකට නිපදවිය හැක්කේ උපරිම වශයෙන් ඉලෙක්ට්‍රෝන සිදුරු යුගල යුගලයක් පමණි, එය අභ්‍යන්තර ලාභයක් නොමැති උපාංගයකි. වැඩි ප්‍රතිචාර දැක්වීමක් සඳහා, avalanche photodiode (APD) භාවිතා කළ හැක. ඡායාරූප ධාරාව මත APD වර්ධක බලපෑම අයනීකරණ ඝට්ටන බලපෑම මත පදනම් වේ. ඇතැම් තත්ත්‍වයන් යටතේ, ත්වරණය කරන ලද ඉලෙක්ට්‍රෝන සහ සිදුරුවලට නව ඉලෙක්ට්‍රෝන සිදුරු යුගලයක් නිපදවීමට දැලිස සමඟ ගැටීමට ප්‍රමාණවත් ශක්තියක් ලබා ගත හැක. මෙම ක්‍රියාවලිය දාම ප්‍රතික්‍රියාවක් වන අතර එමඟින් ආලෝකය අවශෝෂණයෙන් ජනනය වන ඉලෙක්ට්‍රෝන සිදුරු යුගල යුගලයට ඉලෙක්ට්‍රෝන සිදුරු යුගල විශාල ප්‍රමාණයක් නිපදවිය හැකි අතර විශාල ද්විතියික ප්රභා ධාරාවක් සෑදිය හැක. එබැවින්, APD හට ඉහළ ප්‍රතිචාර දැක්වීමක් සහ අභ්‍යන්තර ලාභයක් ඇත, එමඟින් උපාංගයේ සංඥා-ශබ්ද අනුපාතය වැඩි දියුණු කරයි. APD ප්‍රධාන වශයෙන් දිගු-දුර හෝ කුඩා ප්‍රකාශ තන්තු සන්නිවේදන පද්ධතිවල ලැබුණු දෘශ්‍ය බලයේ වෙනත් සීමාවන් සමඟ භාවිතා කරනු ඇත. වර්තමානයේ, බොහෝ දෘශ්‍ය උපාංග විශේෂඥයින් APD හි අපේක්ෂාවන් පිළිබඳව ඉතා ශුභවාදී වන අතර, අදාළ ක්ෂේත්‍රවල ජාත්‍යන්තර තරඟකාරිත්වය වැඩි දියුණු කිරීම සඳහා APD පර්යේෂණ අවශ්‍ය බව විශ්වාස කරති.
2. තාක්ෂණික සංවර්ධනයavalanche photodetector(APD photodetector)
2.1 ද්රව්ය
(1)Si photodetector
Si ද්රව්ය තාක්‍ෂණය යනු ක්ෂුද්‍ර ඉලෙක්ට්‍රොනික ක්ෂේත්රයේ බහුලව භාවිතා වන පරිණත තාක්‍ෂණයකි, නමුත් එය දෘශ්‍ය සන්නිවේදන ක්ෂේත්රයේ සාමාන්‍යයෙන් පිළිගත් 1.31mm සහ 1.55mm තරංග ආයාම පරාසයේ උපාංග සකස් කිරීම සඳහා සුදුසු නොවේ.
(2) ජී
Ge APD හි වර්ණාවලි ප්‍රතිචාරය ප්‍රකාශ තන්තු සම්ප්‍රේෂණයේදී අඩු පාඩු සහ අඩු විසරණයේ අවශ්‍යතා සඳහා සුදුසු වුවද, සකස් කිරීමේ ක්‍රියාවලියේ විශාල දුෂ්කරතා ඇත. මීට අමතරව, Ge හි ඉලෙක්ට්‍රෝන සහ සිදුරු අයනීකරණ අනුපාත අනුපාතය () 1 ට ආසන්න බැවින් ඉහළ ක්‍රියාකාරී APD උපාංග සකස් කිරීම අපහසු වේ.
(3)In0.53Ga0.47As/InP
APD හි ආලෝක අවශෝෂණ ස්ථරය ලෙස In0.53Ga0.47As සහ ගුණක ස්ථරය ලෙස InP තෝරා ගැනීම ඵලදායී ක්‍රමයකි. In0.53Ga0.47A ද්‍රව්‍යයේ අවශෝෂණ උච්චය 1.65mm, 1.31mm, 1.55mm තරංග ආයාමය 104cm-1 ඉහළ අවශෝෂණ සංගුණකය, දැනට ආලෝක අනාවරකයේ අවශෝෂණ ස්ථරය සඳහා වඩාත් කැමති ද්රව්ය වේ.
(4)InGaAs photodetector/ තුළphotodetector
ආලෝකය අවශෝෂණ ස්ථරය ලෙස InGaAsP සහ ගුණක ස්ථරය ලෙස InP තෝරා ගැනීමෙන්, 1-1.4mm ප්‍රතිචාර තරංග ආයාමයක් සහිත APD, ඉහළ ක්වොන්ටම් කාර්යක්ෂමතාවයක්, අඩු අඳුරු ධාරාවක් සහ ඉහළ හිම කුණාටු ලාභයක් සකස් කළ හැක. විවිධ මිශ්ර ලෝහ සංරචක තෝරා ගැනීමෙන්, නිශ්චිත තරංග ආයාමයන් සඳහා හොඳම කාර්ය සාධනය ලබා ගනී.
(5)InGaAs/InAlAs
In0.52Al0.48As ද්‍රව්‍යයේ කලාප පරතරයක් (1.47eV) ඇති අතර 1.55mm තරංග ආයාම පරාසයේදී අවශෝෂණය නොවේ. තුනී In0.52Al0.48As epitaxial ස්ථරයක් පිරිසිදු ඉලෙක්ට්‍රෝන එන්නත් කිරීමේ කොන්දේසිය යටතේ InP ගුණක ස්ථරයක් ලෙස වඩා හොඳ ලාභ ලක්ෂණ ලබා ගත හැකි බවට සාක්ෂි තිබේ.
(6)InGaAs/InGaAs (P) /InAlAs සහ InGaAs/In (Al) GaAs/InAlAs
ද්‍රව්‍යවල බලපෑම අයනීකරණ අනුපාතය APD හි ක්‍රියාකාරිත්වයට බලපාන වැදගත් සාධකයකි. InGaAs (P) /InAlAs සහ In (Al) GaAs/InAlAs superlattice ව්‍යුහයන් හඳුන්වා දීමෙන් ගුණක ස්ථරයේ ඝට්ටන අයනීකරණ අනුපාතය වැඩි දියුණු කළ හැකි බව ප්‍රතිඵල පෙන්වා දෙයි. සුපිරි දැලිස් ව්‍යුහය භාවිතා කිරීමෙන්, සන්නායක කලාපය සහ සංයුජතා කලාප අගයන් අතර අසමමිතික කලාප දාර අඛණ්ඩ පැවැත්ම කෘත්‍රිමව පාලනය කිරීමට බෑන්ඩ් ඉංජිනේරු විද්‍යාවට හැකි අතර, සන්නායක කලාප අක්‍රියතාව සංයුජතා කලාප අක්‍රියතාවයට (ΔEc>>ΔEv) වඩා විශාල බව සහතික කළ හැක. InGaAs තොග ද්රව්ය සමඟ සසඳන විට, InGaAs/InAlAs ක්වොන්ටම් ළිං ඉලෙක්ට්‍රෝන අයනීකරණ අනුපාතය (a) සැලකිය යුතු ලෙස වැඩි වන අතර ඉලෙක්ට්‍රෝන සහ සිදුරු අමතර ශක්තියක් ලබා ගනී. ΔEc>>ΔEv නිසා, ඉලෙක්ට්‍රෝන මගින් ලබා ගන්නා ශක්තිය, සිදුරු අයනීකරණ අනුපාතයට (b) සිදුරු ශක්තියේ දායකත්වයට වඩා බොහෝ සෙයින් ඉලෙක්ට්‍රෝන අයනීකරණ වේගය වැඩි කරයි යැයි අපේක්ෂා කළ හැක. ඉලෙක්ට්‍රෝන අයනීකරණ අනුපාතය හා සිදුරු අයනීකරණ අනුපාතයේ අනුපාතය (k) වැඩි වේ. එබැවින්, ඉහළ ලාභ-බෑන්ඩ්විත් නිෂ්පාදන (GBW) සහ අඩු ශබ්ද කාර්ය සාධනය සුපිරි දැලිස් ව්‍යුහයන් යෙදීමෙන් ලබා ගත හැක. කෙසේ වෙතත්, k අගය වැඩි කළ හැකි මෙම InGaAs/InAlAs ක්වොන්ටම් ළිං ව්‍යුහය APD, දෘෂ්‍ය ග්‍රාහකයන්ට යෙදීම අපහසුය. මක්නිසාද යත්, උපරිම ප්‍රතිචාර දැක්වීමට බලපාන ගුණක සාධකය සීමා වන්නේ අඳුරු ධාරාවෙන් මිස ගුණක ශබ්දයෙන් නොවන බැවිනි. මෙම ව්‍යුහය තුළ, අඳුරු ධාරාව ප්‍රධාන වශයෙන් පටු කලාප පරතරයක් සහිත InGaAs ළිං ස්ථරයේ උමං ආචරණය නිසා ඇතිවේ, එබැවින් InGaAs වෙනුවට InGaAs වෙනුවට InGaAsP හෝ InAlGaAs වැනි පුළුල් කලාප පරතරය චතුරස්‍ර මිශ්ර ලෝහයක් හඳුන්වා දීම. ක්වොන්ටම් ළිං ව්‍යුහයේ අඳුරු ධාරාව යටපත් කළ හැක.
පසු කාලය: නොවැම්බර්-13-2023