అవలాంచె ఫోటోడెటెక్టర్ (APD ఫోటోడెటెక్టర్) యొక్క సూత్రం మరియు ప్రస్తుత పరిస్థితి పార్ట్ వన్

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 అభివృద్ధి సంభావ్యతతో అధ్యయనం చేయబడింది.

1. పరిచయం
ఫోటోడెటెక్టర్ అనేది కాంతి సంకేతాలను విద్యుత్ సంకేతాలుగా మార్చే పరికరం. Aసెమీకండక్టర్ ఫోటోడెటెక్టర్. గరిష్ట ప్రతిస్పందన వద్ద కూడా, పిన్ ఫోటోడియోడ్ ఒక జత ఎలక్ట్రాన్-హోల్ జతలను మాత్రమే ఉత్పత్తి చేయగలదు, ఇది అంతర్గత లాభం లేని పరికరం. ఎక్కువ ప్రతిస్పందన కోసం, అవలాంచె ఫోటోడియోడ్ (APD) ను ఉపయోగించవచ్చు. ఫోటోకరెంట్ పై APD యొక్క యాంప్లిఫికేషన్ ప్రభావం అయనీకరణ ఘర్షణ ప్రభావంపై ఆధారపడి ఉంటుంది. కొన్ని పరిస్థితులలో, వేగవంతమైన ఎలక్ట్రాన్లు మరియు రంధ్రాలు కొత్త జత ఎలక్ట్రాన్-హోల్ జతలను ఉత్పత్తి చేయడానికి జాలకతో ide ీకొంటాయి. ఈ ప్రక్రియ గొలుసు ప్రతిచర్య, 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-శబ్దం నిష్పత్తిని మెరుగుపరుస్తుంది. అందుకున్న ఆప్టికల్ శక్తిపై ఇతర పరిమితులతో APD ప్రధానంగా సుదూర లేదా చిన్న ఆప్టికల్ ఫైబర్ కమ్యూనికేషన్ వ్యవస్థలలో ఉపయోగించబడుతుంది. ప్రస్తుతం, చాలా మంది ఆప్టికల్ పరికర నిపుణులు APD యొక్క అవకాశాల గురించి చాలా ఆశాజనకంగా ఉన్నారు మరియు సంబంధిత రంగాల యొక్క అంతర్జాతీయ పోటీతత్వాన్ని పెంచడానికి APD పరిశోధన అవసరమని నమ్ముతారు.

2. సాంకేతిక అభివృద్ధిఅవలాంచె ఫోటోడెటెక్టర్(APD ఫోటోడెటెక్టర్)

2.1 పదార్థాలు
(1)SI ఫోటోడెటెక్టర్
SI మెటీరియల్ టెక్నాలజీ అనేది పరిపక్వ సాంకేతిక పరిజ్ఞానం, ఇది మైక్రో ఎలెక్ట్రానిక్స్ రంగంలో విస్తృతంగా ఉపయోగించబడుతోంది, అయితే ఇది 1.31 మిమీ మరియు 1.55 మిమీ తరంగదైర్ఘ్య పరిధిలో పరికరాల తయారీకి తగినది కాదు, ఇవి సాధారణంగా ఆప్టికల్ కమ్యూనికేషన్ రంగంలో అంగీకరించబడతాయి.

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

(3) in0.53ga0.47as/inp
IN0.53GA0.47AS ను APD మరియు INP యొక్క కాంతి శోషణ పొరగా గుణకం పొరగా ఎంచుకోవడానికి ఇది ప్రభావవంతమైన పద్ధతి. IN0.53GA0.47AS పదార్థం యొక్క శోషణ శిఖరం 1.65 మిమీ, 1.31 మిమీ, 1.55 మిమీ తరంగదైర్ఘ్యం 104 సెం.మీ -1 అధిక శోషణ గుణకం, ఇది ప్రస్తుతం లైట్ డిటెక్టర్ యొక్క శోషణ పొరకు ఇష్టపడే పదార్థం.

(4)INGAAS ఫోటోడెటెక్టర్/ఇన్ఫోటోడెటెక్టర్
INGAASP ను కాంతి శోషక పొరగా మరియు INP ను గుణకం పొరగా ఎంచుకోవడం ద్వారా, 1-1.4 మిమీ ప్రతిస్పందన తరంగదైర్ఘ్యంతో APD, అధిక క్వాంటం సామర్థ్యం, ​​తక్కువ చీకటి కరెంట్ మరియు అధిక హిమపాతం లాభం పొందవచ్చు. వేర్వేరు మిశ్రమం భాగాలను ఎంచుకోవడం ద్వారా, నిర్దిష్ట తరంగదైర్ఘ్యాల కోసం ఉత్తమ పనితీరు సాధించబడుతుంది.

(5) ఇంగాస్/ఇనాలాస్
In0.52al0.48as పదార్థం బ్యాండ్ గ్యాప్ (1.47EV) ను కలిగి ఉంది మరియు 1.55 మిమీ తరంగదైర్ఘ్యం పరిధిలో గ్రహించదు. సన్నని IN0.52AL0.48AS ఎపిటాక్సియల్ పొర స్వచ్ఛమైన ఎలక్ట్రాన్ ఇంజెక్షన్ పరిస్థితిలో మల్టీప్లికేటర్ పొరగా INP కంటే మెరుగైన లాభ లక్షణాలను పొందగలదని ఆధారాలు ఉన్నాయి.

.
పదార్థాల ప్రభావ అయనీకరణ రేటు APD పనితీరును ప్రభావితం చేసే ఒక ముఖ్యమైన అంశం. ఇంగాస్ (పి) /ఇనాలాస్ మరియు (అల్) గాయాస్ /ఇనాలాస్ సూపర్ లాటిస్ నిర్మాణాలలో ప్రవేశపెట్టడం ద్వారా గుణక పొర యొక్క ఘర్షణ అయనీకరణ రేటును మెరుగుపరచవచ్చని ఫలితాలు చూపుతున్నాయి. సూపర్‌లాటిస్ నిర్మాణాన్ని ఉపయోగించడం ద్వారా, బ్యాండ్ ఇంజనీరింగ్ ప్రసరణ బ్యాండ్ మరియు వాలెన్స్ బ్యాండ్ విలువల మధ్య అసమాన బ్యాండ్ ఎడ్జ్ నిలిపివేతను కృత్రిమంగా నియంత్రించగలదు మరియు వాలెన్స్ బ్యాండ్ నిలిపివేత (ΔEC >> ΔIV) కంటే ప్రసరణ బ్యాండ్ నిలిపివేత చాలా పెద్దదని నిర్ధారిస్తుంది. ఇంగాస్ బల్క్ పదార్థాలతో పోలిస్తే, ఇంగాస్/ఇనాలాస్ క్వాంటం వెల్ ఎలక్ట్రాన్ అయనీకరణ రేటు (ఎ) గణనీయంగా పెరుగుతుంది మరియు ఎలక్ట్రాన్లు మరియు రంధ్రాలు అదనపు శక్తిని పొందుతాయి. ΔEC >> ΔEV కారణంగా, ఎలక్ట్రాన్లు పొందిన శక్తి ఎలక్ట్రాన్ అయనీకరణ రేటును రంధ్రం అయనీకరణ రేటు (B) కు రంధ్రం శక్తి యొక్క సహకారం కంటే ఎక్కువ పెంచుతుందని ఆశించవచ్చు. ఎలక్ట్రాన్ అయనీకరణ రేటు హోల్ అయనీకరణ రేటు యొక్క నిష్పత్తి (కె) పెరుగుతుంది. అందువల్ల, సూపర్ లాటిస్ నిర్మాణాలను వర్తింపజేయడం ద్వారా అధిక లాభం-బ్యాండ్‌విడ్త్ ఉత్పత్తి (జిబిడబ్ల్యు) మరియు తక్కువ శబ్దం పనితీరును పొందవచ్చు. ఏదేమైనా, K విలువను పెంచే ఈ ఇంగాస్/ఇనాలాస్ క్వాంటం వెల్ స్ట్రక్చర్ APD, ఆప్టికల్ రిసీవర్లకు వర్తింపచేయడం కష్టం. ఎందుకంటే గరిష్ట ప్రతిస్పందనను ప్రభావితం చేసే గుణకం కారకం చీకటి కరెంట్ ద్వారా పరిమితం చేయబడింది, గుణక శబ్దం కాదు. ఈ నిర్మాణంలో, చీకటి ప్రవాహం ప్రధానంగా ఇంగాస్ బావి పొర యొక్క టన్నెలింగ్ ప్రభావం వల్ల ఇరుకైన బ్యాండ్ గ్యాప్‌తో సంభవిస్తుంది, కాబట్టి క్వాంటం బావి నిర్మాణం యొక్క బావి పొర డార్క్ కరెంట్‌ను అణచివేయగల ఇంగాస్ లేదా ఇనాల్గాస్ వంటి విస్తృత-బ్యాండ్ గ్యాప్ క్వాటర్నరీ మిశ్రమం యొక్క పరిచయం.