అవలాంచ్ ఫోటోడెటెక్టర్ (APD ఫోటోడెటెక్టర్) పార్ట్ వన్ సూత్రం మరియు ప్రస్తుత పరిస్థితి

సారాంశం: అవలాంచ్ ఫోటోడెటెక్టర్ యొక్క ప్రాథమిక నిర్మాణం మరియు పని సూత్రం (APD ఫోటోడెటెక్టర్) ప్రవేశపెట్టబడ్డాయి, పరికర నిర్మాణం యొక్క పరిణామ ప్రక్రియ విశ్లేషించబడుతుంది, ప్రస్తుత పరిశోధన స్థితి సంగ్రహించబడింది మరియు APD యొక్క భవిష్యత్తు అభివృద్ధిని అంచనా వేయడానికి అధ్యయనం చేయబడుతుంది.

1. పరిచయం
ఫోటోడెటెక్టర్ అనేది కాంతి సంకేతాలను విద్యుత్ సంకేతాలుగా మార్చే పరికరం. a లోసెమీకండక్టర్ ఫోటోడెటెక్టర్, సంఘటన ఫోటాన్ ద్వారా ఉత్తేజితమైన ఫోటో-ఉత్పత్తి క్యారియర్ అనువర్తిత బయాస్ వోల్టేజ్ కింద బాహ్య సర్క్యూట్‌లోకి ప్రవేశిస్తుంది మరియు కొలవగల ఫోటోకరెంట్‌ను ఏర్పరుస్తుంది. గరిష్ట ప్రతిస్పందనలో కూడా, PIN ఫోటోడియోడ్ గరిష్టంగా ఒక జత ఎలక్ట్రాన్-హోల్ జతలను మాత్రమే ఉత్పత్తి చేయగలదు, ఇది అంతర్గత లాభం లేని పరికరం. ఎక్కువ ప్రతిస్పందన కోసం, అవలాంచ్ ఫోటోడియోడ్ (APD)ని ఉపయోగించవచ్చు. ఫోటోకరెంట్‌పై APD యొక్క యాంప్లిఫికేషన్ ప్రభావం అయనీకరణ తాకిడి ప్రభావంపై ఆధారపడి ఉంటుంది. కొన్ని పరిస్థితులలో, వేగవంతమైన ఎలక్ట్రాన్లు మరియు రంధ్రాలు కొత్త జత ఎలక్ట్రాన్-హోల్ జతలను ఉత్పత్తి చేయడానికి లాటిస్‌తో ఢీకొనేందుకు తగినంత శక్తిని పొందగలవు. ఈ ప్రక్రియ చైన్ రియాక్షన్, తద్వారా కాంతి శోషణ ద్వారా ఉత్పన్నమయ్యే ఎలక్ట్రాన్-హోల్ జతల జత పెద్ద సంఖ్యలో ఎలక్ట్రాన్-హోల్ జతలను ఉత్పత్తి చేస్తుంది మరియు పెద్ద ద్వితీయ ఫోటోకరెంట్‌ను ఏర్పరుస్తుంది. అందువల్ల, APD అధిక ప్రతిస్పందన మరియు అంతర్గత లాభం కలిగి ఉంది, ఇది పరికరం యొక్క సిగ్నల్-టు-నాయిస్ నిష్పత్తిని మెరుగుపరుస్తుంది. APD ప్రధానంగా స్వీకరించబడిన ఆప్టికల్ పవర్‌పై ఇతర పరిమితులతో సుదూర లేదా చిన్న ఆప్టికల్ ఫైబర్ కమ్యూనికేషన్ సిస్టమ్‌లలో ఉపయోగించబడుతుంది. ప్రస్తుతం, చాలా మంది ఆప్టికల్ పరికర నిపుణులు APD అవకాశాల గురించి చాలా ఆశాజనకంగా ఉన్నారు మరియు సంబంధిత రంగాల అంతర్జాతీయ పోటీతత్వాన్ని పెంపొందించడానికి APD పరిశోధన అవసరమని నమ్ముతున్నారు.

2. యొక్క సాంకేతిక అభివృద్ధిహిమపాతం ఫోటోడెటెక్టర్(APD ఫోటో డిటెక్టర్)

2.1 పదార్థాలు
(1)Si ఫోటో డిటెక్టర్
Si మెటీరియల్ టెక్నాలజీ అనేది మైక్రోఎలక్ట్రానిక్స్ రంగంలో విస్తృతంగా ఉపయోగించబడే పరిపక్వ సాంకేతికత, అయితే ఆప్టికల్ కమ్యూనికేషన్ రంగంలో సాధారణంగా ఆమోదించబడిన 1.31mm మరియు 1.55mm తరంగదైర్ఘ్యం పరిధిలో పరికరాల తయారీకి ఇది తగినది కాదు.

(2) జీ
ఆప్టికల్ ఫైబర్ ట్రాన్స్‌మిషన్‌లో తక్కువ నష్టం మరియు తక్కువ వ్యాప్తి యొక్క అవసరాలకు Ge APD యొక్క స్పెక్ట్రల్ ప్రతిస్పందన అనుకూలంగా ఉన్నప్పటికీ, తయారీ ప్రక్రియలో చాలా ఇబ్బందులు ఉన్నాయి. అదనంగా, Ge యొక్క ఎలక్ట్రాన్ మరియు హోల్ అయనీకరణ రేటు నిష్పత్తి () 1కి దగ్గరగా ఉంటుంది, కాబట్టి అధిక-పనితీరు గల APD పరికరాలను సిద్ధం చేయడం కష్టం.

(3)In0.53Ga0.47As/InP
In0.53Ga0.47Asని APD యొక్క కాంతి శోషణ పొరగా మరియు InPని గుణకం లేయర్‌గా ఎంచుకోవడం సమర్థవంతమైన పద్ధతి. In0.53Ga0.47A పదార్థం యొక్క శోషణ శిఖరం 1.65mm, 1.31mm,1.55mm తరంగదైర్ఘ్యం సుమారు 104cm-1 అధిక శోషణ గుణకం, ఇది ప్రస్తుతం లైట్ డిటెక్టర్ యొక్క శోషణ పొరకు ప్రాధాన్య పదార్థం.

(4)InGaAs ఫోటోడెటెక్టర్/లోఫోటో డిటెక్టర్
InGaAsPని కాంతి శోషక పొరగా మరియు InPని గుణకార పొరగా ఎంచుకోవడం ద్వారా, 1-1.4mm ప్రతిస్పందన తరంగదైర్ఘ్యం, అధిక క్వాంటం సామర్థ్యం, ​​తక్కువ డార్క్ కరెంట్ మరియు అధిక ఆకస్మిక లాభంతో APDని తయారు చేయవచ్చు. విభిన్న మిశ్రమ భాగాలను ఎంచుకోవడం ద్వారా, నిర్దిష్ట తరంగదైర్ఘ్యాల కోసం ఉత్తమ పనితీరు సాధించబడుతుంది.

(5) InGaAs/InAlAలు
In0.52Al0.48As పదార్థం బ్యాండ్ గ్యాప్ (1.47eV) కలిగి ఉంటుంది మరియు 1.55mm తరంగదైర్ఘ్యం పరిధిలో గ్రహించదు. సన్నని In0.52Al0.48As ఎపిటాక్సియల్ లేయర్ స్వచ్ఛమైన ఎలక్ట్రాన్ ఇంజెక్షన్ పరిస్థితిలో మల్టిప్లికేటర్ లేయర్‌గా InP కంటే మెరుగైన లాభ లక్షణాలను పొందగలదని రుజువు ఉంది.

(6) InGaAs/InGaAs (P) /InAlAs మరియు InGaAs/In (Al) GaAs/InAlAలు
పదార్థాల ప్రభావం అయనీకరణ రేటు APD పనితీరును ప్రభావితం చేసే ముఖ్యమైన అంశం. InGaAs (P) /InAlAs మరియు In (Al) GaAs/InAlAs సూపర్‌లాటిస్ నిర్మాణాలను ప్రవేశపెట్టడం ద్వారా గుణకం పొర యొక్క తాకిడి అయనీకరణ రేటును మెరుగుపరచవచ్చని ఫలితాలు చూపిస్తున్నాయి. సూపర్‌లాటిస్ నిర్మాణాన్ని ఉపయోగించడం ద్వారా, బ్యాండ్ ఇంజనీరింగ్ కండక్షన్ బ్యాండ్ మరియు వాలెన్స్ బ్యాండ్ విలువల మధ్య అసమాన బ్యాండ్ ఎడ్జ్ నిలిపివేతను కృత్రిమంగా నియంత్రించగలదు మరియు వాలెన్స్ బ్యాండ్ డిస్‌కంటిన్యూటీ (ΔEc>>ΔEv) కంటే కండక్షన్ బ్యాండ్ నిలిపివేత చాలా పెద్దదిగా ఉండేలా చేస్తుంది. InGaAs బల్క్ మెటీరియల్‌లతో పోలిస్తే, InGaAs/InAlAs క్వాంటం వెల్ ఎలక్ట్రాన్ అయనీకరణ రేటు (a) గణనీయంగా పెరిగింది మరియు ఎలక్ట్రాన్‌లు మరియు రంధ్రాలు అదనపు శక్తిని పొందుతాయి. ΔEc>>ΔEv కారణంగా, హోల్ అయనీకరణ రేటు (బి)కి రంధ్ర శక్తి యొక్క సహకారం కంటే ఎలక్ట్రాన్ల ద్వారా పొందిన శక్తి ఎలక్ట్రాన్ అయనీకరణ రేటును చాలా ఎక్కువగా పెంచుతుందని ఆశించవచ్చు. ఎలక్ట్రాన్ అయనీకరణ రేటు హోల్ అయనీకరణ రేటుకు నిష్పత్తి (k) పెరుగుతుంది. అందువల్ల, సూపర్‌లాటిస్ నిర్మాణాలను వర్తింపజేయడం ద్వారా అధిక లాభం-బ్యాండ్‌విడ్త్ ఉత్పత్తి (GBW) మరియు తక్కువ శబ్దం పనితీరును పొందవచ్చు. అయితే, ఈ InGaAs/InAlAs క్వాంటం వెల్ స్ట్రక్చర్ APD, ఇది k విలువను పెంచుతుంది, ఆప్టికల్ రిసీవర్‌లకు వర్తించడం కష్టం. ఎందుకంటే గరిష్ట ప్రతిస్పందనను ప్రభావితం చేసే గుణకం కారకం డార్క్ కరెంట్ ద్వారా పరిమితం చేయబడింది, గుణకం శబ్దం కాదు. ఈ నిర్మాణంలో, ఇరుకైన బ్యాండ్ గ్యాప్‌తో InGaAs బావి పొర యొక్క టన్నెలింగ్ ప్రభావం వల్ల డార్క్ కరెంట్ ఏర్పడుతుంది, కాబట్టి InGaAsకి బదులుగా InGaAs లేదా InAlGaAs వంటి వైడ్-బ్యాండ్ గ్యాప్ క్వాటర్నరీ మిశ్రమం పరిచయం చేయబడింది. క్వాంటం బావి నిర్మాణం డార్క్ కరెంట్‌ను అణచివేయగలదు.