അവലാഞ്ച് ഫോട്ടോഡെറ്റക്‌ടറിൻ്റെ (എപിഡി ഫോട്ടോഡിറ്റക്‌റ്റർ) തത്വവും നിലവിലെ സാഹചര്യവും രണ്ടാം ഭാഗം

എന്ന തത്വവും നിലവിലെ സാഹചര്യവുംഹിമപാത ഫോട്ടോ ഡിറ്റക്ടർ (APD ഫോട്ടോ ഡിറ്റക്ടർ) ഭാഗം രണ്ട്

2.2 APD ചിപ്പ് ഘടന
ഉയർന്ന പ്രവർത്തനക്ഷമതയുള്ള ഉപകരണങ്ങളുടെ അടിസ്ഥാന ഗ്യാരൻ്റിയാണ് ന്യായമായ ചിപ്പ് ഘടന. APD-യുടെ ഘടനാപരമായ രൂപകൽപ്പന പ്രധാനമായും RC സമയ സ്ഥിരത, ഹെറ്ററോജംഗ്ഷനിലെ ദ്വാരം പിടിച്ചെടുക്കൽ, ഡിപ്ലിഷൻ മേഖലയിലൂടെയുള്ള കാരിയർ ട്രാൻസിറ്റ് സമയം തുടങ്ങിയവയാണ് പരിഗണിക്കുന്നത്. അതിൻ്റെ ഘടനയുടെ വികസനം ചുവടെ സംഗ്രഹിച്ചിരിക്കുന്നു:

(1) അടിസ്ഥാന ഘടന
ഏറ്റവും ലളിതമായ APD ഘടന PIN ഫോട്ടോഡയോഡിനെ അടിസ്ഥാനമാക്കിയുള്ളതാണ്, P റീജിയണും N റീജിയണും വൻതോതിൽ ഡോപ്പ് ചെയ്യപ്പെടുന്നു, കൂടാതെ ദ്വിതീയ ഇലക്ട്രോണുകളും ദ്വാരങ്ങളും സൃഷ്ടിക്കുന്നതിനായി N- ടൈപ്പ് അല്ലെങ്കിൽ P- ടൈപ്പ് ഡബിൾ റിപ്പല്ലൻ്റ് റീജിയൻ അടുത്തുള്ള P റീജിയൻ അല്ലെങ്കിൽ N മേഖലയിൽ അവതരിപ്പിക്കുന്നു. ജോഡികൾ, അങ്ങനെ പ്രാഥമിക ഫോട്ടോ കറൻ്റിൻ്റെ ആംപ്ലിഫിക്കേഷൻ തിരിച്ചറിയാൻ. ഇൻപി സീരീസ് മെറ്റീരിയലുകൾക്ക്, ഹോൾ ഇംപാക്ട് അയോണൈസേഷൻ കോഫിഫിഷ്യൻ്റ് ഇലക്‌ട്രോൺ ഇംപാക്ട് അയോണൈസേഷൻ കോഫിഫിഷ്യൻ്റിനേക്കാൾ കൂടുതലായതിനാൽ, എൻ-ടൈപ്പ് ഡോപ്പിംഗിൻ്റെ നേട്ട മേഖല സാധാരണയായി പി മേഖലയിൽ സ്ഥാപിക്കുന്നു. അനുയോജ്യമായ ഒരു സാഹചര്യത്തിൽ, ദ്വാരങ്ങൾ മാത്രമേ നേട്ട മേഖലയിലേക്ക് കുത്തിവയ്ക്കുകയുള്ളൂ, അതിനാൽ ഈ ഘടനയെ ദ്വാരം കുത്തിവച്ച ഘടന എന്ന് വിളിക്കുന്നു.

(2) ആഗിരണവും നേട്ടവും വേർതിരിച്ചിരിക്കുന്നു
InP യുടെ വൈഡ് ബാൻഡ് ഗ്യാപ്പ് സ്വഭാവസവിശേഷതകൾ കാരണം (InP 1.35eV ഉം InGaAs 0.75eV ഉം ആണ്), InP സാധാരണയായി ഗെയിൻ സോൺ മെറ്റീരിയലായും InGaA കൾ ആഗിരണം സോൺ മെറ്റീരിയലായും ഉപയോഗിക്കുന്നു.

(3) യഥാക്രമം ആഗിരണം, ഗ്രേഡിയൻ്റ്, നേട്ടം (SAGM) ഘടനകൾ നിർദ്ദേശിക്കപ്പെടുന്നു
നിലവിൽ, മിക്ക വാണിജ്യ APD ഉപകരണങ്ങളും InP/InGaAs മെറ്റീരിയൽ ഉപയോഗിക്കുന്നു, InGaAs ആഗിരണ പാളിയായി ഉപയോഗിക്കുന്നു, ഉയർന്ന വൈദ്യുത മണ്ഡലത്തിന് കീഴിലുള്ള InP (>5x105V/cm) തകരാതെ, ഒരു ഗെയിൻ സോൺ മെറ്റീരിയലായി ഉപയോഗിക്കാം. ഈ മെറ്റീരിയലിനെ സംബന്ധിച്ചിടത്തോളം, ഈ APD യുടെ രൂപകൽപ്പന, ദ്വാരങ്ങളുടെ കൂട്ടിയിടിയിലൂടെ N- ടൈപ്പ് ഇൻപിയിൽ ഹിമപാത പ്രക്രിയ രൂപം കൊള്ളുന്നു എന്നതാണ്. InP-യും InGaA-യും തമ്മിലുള്ള ബാൻഡ് വിടവിലെ വലിയ വ്യത്യാസം കണക്കിലെടുക്കുമ്പോൾ, വാലൻസ് ബാൻഡിലെ ഏകദേശം 0.4eV-ൻ്റെ ഊർജ്ജ നില വ്യത്യാസം InGaAs ആഗിരണം പാളിയിൽ ഉണ്ടാകുന്ന ദ്വാരങ്ങളെ ഇൻപി മൾട്ടിപ്ലയർ ലെയറിൽ എത്തുന്നതിന് മുമ്പ് ഹെറ്ററോജംഗ്ഷൻ എഡ്ജിൽ തടസ്സപ്പെടുത്തുന്നു, വേഗത വളരെ കൂടുതലാണ്. കുറഞ്ഞു, ഈ APD-യുടെ ദീർഘമായ പ്രതികരണ സമയവും ഇടുങ്ങിയ ബാൻഡ്‌വിഡ്ത്തും. രണ്ട് മെറ്റീരിയലുകൾക്കിടയിൽ ഒരു InGaAsP ട്രാൻസിഷൻ ലെയർ ചേർത്തുകൊണ്ട് ഈ പ്രശ്നം പരിഹരിക്കാൻ കഴിയും.

(4) യഥാക്രമം ആഗിരണം, ഗ്രേഡിയൻ്റ്, ചാർജ്, നേട്ടം (SAGCM) ഘടനകൾ നിർദ്ദേശിക്കപ്പെടുന്നു
അബ്സോർപ്ഷൻ ലെയറിൻ്റെയും ഗെയിൻ ലെയറിൻ്റെയും വൈദ്യുത ഫീൽഡ് ഡിസ്ട്രിബ്യൂഷൻ കൂടുതൽ ക്രമീകരിക്കുന്നതിന്, ചാർജ് ലെയർ ഉപകരണ രൂപകൽപ്പനയിൽ അവതരിപ്പിക്കുന്നു, ഇത് ഉപകരണ വേഗതയും പ്രതികരണശേഷിയും വളരെയധികം മെച്ചപ്പെടുത്തുന്നു.

(5) റെസൊണേറ്റർ മെച്ചപ്പെടുത്തിയ (RCE) SAGCM ഘടന
പരമ്പരാഗത ഡിറ്റക്ടറുകളുടെ മുകളിലുള്ള ഒപ്റ്റിമൽ ഡിസൈനിൽ, ആഗിരണ പാളിയുടെ കനം ഉപകരണത്തിൻ്റെ വേഗതയ്ക്കും ക്വാണ്ടം കാര്യക്ഷമതയ്ക്കും വിരുദ്ധമായ ഘടകമാണെന്ന വസ്തുത നാം അഭിമുഖീകരിക്കണം. ആഗിരണം ചെയ്യുന്ന പാളിയുടെ നേർത്ത കനം കാരിയർ ട്രാൻസിറ്റ് സമയം കുറയ്ക്കും, അതിനാൽ ഒരു വലിയ ബാൻഡ്‌വിഡ്ത്ത് ലഭിക്കും. എന്നിരുന്നാലും, അതേ സമയം, ഉയർന്ന ക്വാണ്ടം കാര്യക്ഷമത ലഭിക്കുന്നതിന്, ആഗിരണം പാളിക്ക് മതിയായ കനം ആവശ്യമാണ്. ഈ പ്രശ്നത്തിനുള്ള പരിഹാരം റിസോണൻ്റ് കാവിറ്റി (ആർസിഇ) ഘടനയായിരിക്കാം, അതായത്, ഡിസ്ട്രിബ്യൂഡ് ബ്രാഗ് റിഫ്ലക്ടർ (ഡിബിആർ) ഉപകരണത്തിൻ്റെ താഴെയും മുകളിലുമായി രൂപകൽപ്പന ചെയ്തിരിക്കുന്നു. ഘടനയിൽ കുറഞ്ഞ റിഫ്രാക്റ്റീവ് ഇൻഡക്സും ഉയർന്ന റിഫ്രാക്റ്റീവ് ഇൻഡക്സും ഉള്ള രണ്ട് തരം മെറ്റീരിയലുകൾ DBR മിററിൽ അടങ്ങിയിരിക്കുന്നു, ഇവ രണ്ടും മാറിമാറി വളരുന്നു, കൂടാതെ ഓരോ പാളിയുടെയും കനം അർദ്ധചാലകത്തിലെ പ്രകാശ തരംഗദൈർഘ്യം 1/4 ആയി പൊരുത്തപ്പെടുന്നു. ഡിറ്റക്ടറിൻ്റെ റെസൊണേറ്റർ ഘടനയ്ക്ക് വേഗത ആവശ്യകതകൾ നിറവേറ്റാൻ കഴിയും, ആഗിരണം പാളിയുടെ കനം വളരെ നേർത്തതാക്കാൻ കഴിയും, കൂടാതെ നിരവധി പ്രതിഫലനങ്ങൾക്ക് ശേഷം ഇലക്ട്രോണിൻ്റെ ക്വാണ്ടം കാര്യക്ഷമത വർദ്ധിക്കുന്നു.

(6) എഡ്ജ്-കപ്പിൾഡ് വേവ്ഗൈഡ് ഘടന (WG-APD)
ഉപകരണത്തിൻ്റെ വേഗതയിലും ക്വാണ്ടം കാര്യക്ഷമതയിലും ആഗിരണ പാളിയുടെ വ്യത്യസ്ത ഫലങ്ങളുടെ വൈരുദ്ധ്യം പരിഹരിക്കുന്നതിനുള്ള മറ്റൊരു പരിഹാരം എഡ്ജ്-കപ്പിൾഡ് വേവ്ഗൈഡ് ഘടന അവതരിപ്പിക്കുക എന്നതാണ്. ഈ ഘടന വശത്ത് നിന്ന് പ്രകാശത്തിലേക്ക് പ്രവേശിക്കുന്നു, കാരണം ആഗിരണം പാളി വളരെ ദൈർഘ്യമേറിയതാണ്, ഉയർന്ന ക്വാണ്ടം ദക്ഷത ലഭിക്കുന്നത് എളുപ്പമാണ്, അതേ സമയം, ആഗിരണം പാളി വളരെ നേർത്തതാക്കാൻ കഴിയും, ഇത് കാരിയർ ട്രാൻസിറ്റ് സമയം കുറയ്ക്കുന്നു. അതിനാൽ, ഈ ഘടന ബാൻഡ്‌വിഡ്‌ത്തിൻ്റെ വ്യത്യസ്ത ആശ്രിതത്വവും ആഗിരണം പാളിയുടെ കനം സംബന്ധിച്ച കാര്യക്ഷമതയും പരിഹരിക്കുന്നു, കൂടാതെ ഉയർന്ന നിരക്കും ഉയർന്ന ക്വാണ്ടം കാര്യക്ഷമതയും APD കൈവരിക്കുമെന്ന് പ്രതീക്ഷിക്കുന്നു. WG-APD-യുടെ പ്രക്രിയ RCE APD-യേക്കാൾ ലളിതമാണ്, ഇത് DBR മിററിൻ്റെ സങ്കീർണ്ണമായ തയ്യാറെടുപ്പ് പ്രക്രിയയെ ഇല്ലാതാക്കുന്നു. അതിനാൽ, പ്രായോഗിക മേഖലയിൽ ഇത് കൂടുതൽ പ്രായോഗികവും സാധാരണ പ്ലെയിൻ ഒപ്റ്റിക്കൽ കണക്ഷന് അനുയോജ്യവുമാണ്.

3. ഉപസംഹാരം
ഹിമപാതത്തിൻ്റെ വികസനംഫോട്ടോഡിറ്റക്ടർമെറ്റീരിയലുകളും ഉപകരണങ്ങളും അവലോകനം ചെയ്യുന്നു. InP സാമഗ്രികളുടെ ഇലക്ട്രോൺ, ഹോൾ കൂട്ടിയിടി അയോണൈസേഷൻ നിരക്ക് InAlAs ന് അടുത്താണ്, ഇത് രണ്ട് കാരിയർ സിംബിയണുകളുടെ ഇരട്ട പ്രക്രിയയിലേക്ക് നയിക്കുന്നു, ഇത് ഹിമപാത നിർമ്മാണ സമയം വർദ്ധിപ്പിക്കുകയും ശബ്ദം വർദ്ധിപ്പിക്കുകയും ചെയ്യുന്നു. ശുദ്ധമായ InAlAs മെറ്റീരിയലുകളുമായി താരതമ്യപ്പെടുത്തുമ്പോൾ, InGaAs (P) /InAlAs, In (Al) GaAs/InAlAs ക്വാണ്ടം വെൽ ഘടനകൾക്ക് കൂട്ടിയിടി അയോണൈസേഷൻ ഗുണകങ്ങളുടെ അനുപാതം വർധിച്ചിരിക്കുന്നു, അതിനാൽ ശബ്ദ പ്രകടനത്തിൽ വലിയ മാറ്റം വരുത്താൻ കഴിയും. ഘടനയുടെ കാര്യത്തിൽ, റെസൊണേറ്റർ മെച്ചപ്പെടുത്തിയ (RCE) SAGCM ഘടനയും എഡ്ജ്-കപ്പിൾഡ് വേവ്ഗൈഡ് ഘടനയും (WG-APD) വികസിപ്പിച്ചെടുത്തത്, ഉപകരണത്തിൻ്റെ വേഗതയിലും ക്വാണ്ടം കാര്യക്ഷമതയിലും ആഗിരണം ചെയ്യുന്ന പാളിയുടെ കനം വ്യത്യസ്തമായ ഫലങ്ങളുടെ വൈരുദ്ധ്യങ്ങൾ പരിഹരിക്കുന്നതിന് വേണ്ടിയാണ്. പ്രക്രിയയുടെ സങ്കീർണ്ണത കാരണം, ഈ രണ്ട് ഘടനകളുടെയും പൂർണ്ണമായ പ്രായോഗിക പ്രയോഗം കൂടുതൽ പര്യവേക്ഷണം ചെയ്യേണ്ടതുണ്ട്.