හිම කුණාටු ෆොටෝඩෙටෙක්ටරයේ (APD ෆොටෝඩෙටෙක්ටර්) මූලධර්මය සහ වර්තමාන තත්ත්වය පළමු කොටස

සාරාංශය: හිම කුණාටු ෆොටෝඩෙටෙක්ටරයේ මූලික ව්‍යුහය සහ ක්‍රියාකාරී මූලධර්මය (APD ෆොටෝඩෙටෙක්ටරය) හඳුන්වා දෙනු ලැබේ, උපාංග ව්‍යුහයේ පරිණාම ක්‍රියාවලිය විශ්ලේෂණය කරනු ලැබේ, වත්මන් පර්යේෂණ තත්ත්වය සාරාංශ කරනු ලැබේ, සහ APD හි අනාගත සංවර්ධනය අනාගත අධ්‍යයනය කරනු ලැබේ.

1. හැඳින්වීම
ෆොටෝඩෙටෙක්ටර් යනු ආලෝක සංඥා විද්‍යුත් සංඥා බවට පරිවර්තනය කරන උපකරණයකි.අර්ධ සන්නායක ප්‍රභා අනාවරකය, සිදුවීමෙන් උද්යෝගිමත් වන ෆෝටෝනය මගින් උද්දීපනය වන ඡායාරූප-ජනනය කරන ලද වාහකය යොදන ලද නැඹුරු වෝල්ටීයතාවය යටතේ බාහිර පරිපථයට ඇතුළු වී මැනිය හැකි ප්‍රකාශ ධාරාවක් සාදයි. උපරිම ප්‍රතිචාර දැක්වීමේදී පවා, PIN ප්‍රකාශ ඩයෝඩයකට නිපදවිය හැක්කේ උපරිම වශයෙන් ඉලෙක්ට්‍රෝන-කුහර යුගල යුගලයක් පමණි, එය අභ්‍යන්තර ලාභයක් නොමැති උපාංගයකි. වැඩි ප්‍රතිචාර දැක්වීමක් සඳහා, හිම කුණාටු ප්‍රකාශ ඩයෝඩයක් (APD) භාවිතා කළ හැකිය. ප්‍රකාශ ධාරාව මත APD හි විස්තාරණ බලපෑම අයනීකරණ ඝට්ටන ආචරණය මත පදනම් වේ. ඇතැම් තත්වයන් යටතේ, ත්වරණය කරන ලද ඉලෙක්ට්‍රෝන සහ සිදුරු නව ඉලෙක්ට්‍රෝන-කුහර යුගල යුගලයක් නිපදවීමට දැලිස සමඟ ගැටීමට ප්‍රමාණවත් ශක්තියක් ලබා ගත හැකිය. මෙම ක්‍රියාවලිය දාම ප්‍රතික්‍රියාවක් වන අතර, එමඟින් ආලෝක අවශෝෂණයෙන් ජනනය වන ඉලෙක්ට්‍රෝන-කුහර යුගල යුගලයට ඉලෙක්ට්‍රෝන-කුහර යුගල විශාල සංඛ්‍යාවක් නිපදවිය හැකි අතර විශාල ද්විතියික ප්‍රකාශ ධාරාවක් සෑදිය හැකිය. එබැවින්, APD හි ඉහළ ප්‍රතිචාර දැක්වීමක් සහ අභ්‍යන්තර ලාභයක් ඇති අතර, එය උපාංගයේ සංඥා-ශබ්ද අනුපාතය වැඩි දියුණු කරයි. APD ප්‍රධාන වශයෙන් දිගු දුර හෝ කුඩා දෘශ්‍ය තන්තු සන්නිවේදන පද්ධතිවල භාවිතා කරනු ඇත, ලැබුණු දෘශ්‍ය බලයේ වෙනත් සීමාවන් සමඟ. වර්තමානයේ, බොහෝ දෘශ්‍ය උපාංග විශේෂඥයින් APD හි අපේක්ෂාවන් පිළිබඳව ඉතා ශුභවාදී වන අතර, අදාළ ක්ෂේත්‍රවල ජාත්‍යන්තර තරඟකාරිත්වය වැඩි දියුණු කිරීම සඳහා APD පිළිබඳ පර්යේෂණ අවශ්‍ය බව විශ්වාස කරති.

2. තාක්ෂණික සංවර්ධනයහිම කුණාටු ප්‍රභා අනාවරකය(APD ෆොටෝ අනාවරකය)

2.1 ද්‍රව්‍ය
(1)Si ෆොටෝඩෙටෙක්ටරය
Si ද්‍රව්‍ය තාක්‍ෂණය යනු ක්ෂුද්‍ර ඉලෙක්ට්‍රොනික ක්ෂේත්‍රයේ බහුලව භාවිතා වන පරිණත තාක්‍ෂණයකි, නමුත් එය සාමාන්‍යයෙන් දෘශ්‍ය සන්නිවේදන ක්ෂේත්‍රයේ පිළිගත් 1.31mm සහ 1.55mm තරංග ආයාම පරාසයේ උපාංග සකස් කිරීම සඳහා සුදුසු නොවේ.

(2) ගේ
Ge APD හි වර්ණාවලි ප්‍රතිචාරය දෘශ්‍ය තන්තු සම්ප්‍රේෂණයේ අඩු පාඩු සහ අඩු විසරණයේ අවශ්‍යතා සඳහා සුදුසු වුවද, සකස් කිරීමේ ක්‍රියාවලියේදී විශාල දුෂ්කරතා ඇත. ඊට අමතරව, Ge හි ඉලෙක්ට්‍රෝන සහ සිදුරු අයනීකරණ අනුපාත අනුපාතය () 1 ට ආසන්න බැවින් ඉහළ කාර්යසාධනයක් සහිත APD උපාංග සකස් කිරීම දුෂ්කර ය.

(3)අන්තර්0.53ගා0.47අන්තර්/අන්තර්P
APD හි ආලෝක අවශෝෂණ ස්ථරය ලෙස In0.53Ga0.47As සහ ගුණක ස්ථරය ලෙස InP තෝරා ගැනීම ඵලදායී ක්‍රමයකි. In0.53Ga0.47As ද්‍රව්‍යයේ අවශෝෂණ උච්චතම අවස්ථාව 1.65mm, 1.31mm, 1.55mm තරංග ආයාමය 104cm-1 පමණ ඉහළ අවශෝෂණ සංගුණකය වන අතර එය වර්තමානයේ ආලෝක අනාවරකයේ අවශෝෂණ ස්ථරය සඳහා වඩාත් කැමති ද්‍රව්‍යය වේ.

(4)InGaAs ඡායා අනාවරකය/ඇතුළතප්‍රකාශ අනාවරකය
InGaAsP ආලෝක අවශෝෂක ස්ථරය ලෙසත් InP ගුණක ස්ථරය ලෙසත් තෝරා ගැනීමෙන්, 1-1.4mm ප්‍රතිචාර තරංග ආයාමයක්, ඉහළ ක්වොන්ටම් කාර්යක්ෂමතාවයක්, අඩු අඳුරු ධාරාවක් සහ ඉහළ හිම කුණාටු ලාභයක් සහිත APD සකස් කළ හැකිය. විවිධ මිශ්‍ර ලෝහ සංරචක තෝරා ගැනීමෙන්, නිශ්චිත තරංග ආයාම සඳහා හොඳම කාර්ය සාධනය ලබා ගත හැකිය.

(5)InGaAs/InAlAs
In0.52Al0.48As ද්‍රව්‍යයට කලාප පරතරයක් (1.47eV) ඇති අතර 1.55mm තරංග ආයාම පරාසයේදී අවශෝෂණය නොවේ. පිරිසිදු ඉලෙක්ට්‍රෝන එන්නත් කිරීමේ තත්ත්වය යටතේ ගුණක ස්ථරයක් ලෙස තුනී In0.52Al0.48As එපිටැක්සියල් ස්ථරයට InP ට වඩා හොඳ ලාභ ලක්ෂණ ලබා ගත හැකි බවට සාක්ෂි තිබේ.

(6)InGaAs/InGaAs (P) /InAlAs සහ InGaAs/In (Al) GaAs/InAlAs
ද්‍රව්‍යවල බලපෑම් අයනීකරණ අනුපාතය APD හි ක්‍රියාකාරිත්වයට බලපාන වැදගත් සාධකයකි. ප්‍රතිඵලවලින් පෙනී යන්නේ InGaAs (P) /InAlAs සහ In (Al) GaAs/InAlAs සුපිරි දැලිස් ව්‍යුහයන් හඳුන්වා දීමෙන් ගුණක ස්ථරයේ ඝට්ටන අයනීකරණ අනුපාතය වැඩිදියුණු කළ හැකි බවයි. සුපිරි දැලිස් ව්‍යුහය භාවිතා කිරීමෙන්, කලාප ඉංජිනේරු විද්‍යාවට සන්නායක කලාපය සහ සංයුජතා කලාප අගයන් අතර අසමමිතික කලාප දාර අඛණ්ඩතාවය කෘතිමව පාලනය කළ හැකි අතර, සන්නායක කලාප අඛණ්ඩතාවය සංයුජතා කලාප අඛණ්ඩතාවයට වඩා බෙහෙවින් විශාල බව සහතික කළ හැකිය (ΔEc>ΔEv). InGaAs තොග ද්‍රව්‍ය සමඟ සසඳන විට, InGaAs/InAlAs ක්වොන්ටම් ළිඳ 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 සිදුරු ශක්තියේ දායකත්වයට වඩා බොහෝ සෙයින් ඉලෙක්ට්‍රෝන අයනීකරණ අනුපාතය වැඩි කරන බව අපේක්ෂා කළ හැකිය (b). ඉලෙක්ට්‍රෝන අයනීකරණ අනුපාතයට සිදුරු අයනීකරණ අනුපාතයේ අනුපාතය (k) වැඩි වේ. එබැවින්, සුපිරි දැලිස් ව්‍යුහයන් යෙදීමෙන් ඉහළ ලාභ-කලාප පළල නිෂ්පාදනයක් (GBW) සහ අඩු ශබ්ද කාර්ය සාධනයක් ලබා ගත හැකිය. කෙසේ වෙතත්, k අගය වැඩි කළ හැකි මෙම InGaAs/InAlAs ක්වොන්ටම් ළිං ව්‍යුහය APD, දෘශ්‍ය ග්‍රාහක සඳහා යෙදීම දුෂ්කර ය. මන්ද, උපරිම ප්‍රතිචාර දැක්වීමට බලපාන ගුණක සාධකය ගුණක ශබ්දයෙන් නොව අඳුරු ධාරාවෙන් සීමා වේ. මෙම ව්‍යුහය තුළ, අඳුරු ධාරාව ප්‍රධාන වශයෙන් ඇති වන්නේ පටු කලාප පරතරයක් සහිත InGaAs ළිං ස්ථරයේ උමං මාර්ග ආචරණයෙනි, එබැවින් ක්වොන්ටම් ළිං ව්‍යුහයේ ළිං ස්ථරය ලෙස InGaAs වෙනුවට InGaAsP හෝ InAlGaAs වැනි පුළුල් කලාප පරතරයක් සහිත චතුර්ථක මිශ්‍ර ලෝහයක් හඳුන්වා දීමෙන් අඳුරු ධාරාව මර්දනය කළ හැකිය.