హిమపాత ఫోటోడెటెక్టర్ (APD ఫోటోడెటెక్టర్) యొక్క సూత్రం మరియు ప్రస్తుత పరిస్థితి రెండవ భాగం

సూత్రం మరియు ప్రస్తుత పరిస్థితిహిమపాతం ఫోటోడిటెక్టర్ (APD ఫోటోడిటెక్టర్) రెండవ భాగం

2.2 APD చిప్ నిర్మాణం
అధిక పనితీరు గల పరికరాలకు సహేతుకమైన చిప్ నిర్మాణం ప్రాథమిక హామీ. APD యొక్క నిర్మాణ రూపకల్పన ప్రధానంగా RC సమయ స్థిరాంకం, హెటెరోజంక్షన్ వద్ద రంధ్రం సంగ్రహణ, క్షీణత ప్రాంతం ద్వారా క్యారియర్ రవాణా సమయం మొదలైన వాటిని పరిగణిస్తుంది. దాని నిర్మాణం యొక్క అభివృద్ధి క్రింద సంగ్రహించబడింది:

(1) ప్రాథమిక నిర్మాణం
సరళమైన APD నిర్మాణం PIN ఫోటోడయోడ్‌పై ఆధారపడి ఉంటుంది, P ప్రాంతం మరియు N ప్రాంతం భారీగా డోప్ చేయబడతాయి మరియు ప్రాథమిక ఫోటోకరెంట్ యొక్క విస్తరణను గ్రహించడానికి ద్వితీయ ఎలక్ట్రాన్లు మరియు రంధ్ర జతలను ఉత్పత్తి చేయడానికి N-రకం లేదా P-రకం డబుల్-రిపెల్లెంట్ ప్రాంతాన్ని ప్రక్కనే ఉన్న P ప్రాంతం లేదా N ప్రాంతంలో ప్రవేశపెట్టారు. InP సిరీస్ పదార్థాలకు, రంధ్ర ప్రభావ అయనీకరణ గుణకం ఎలక్ట్రాన్ ప్రభావ అయనీకరణ గుణకం కంటే ఎక్కువగా ఉన్నందున, N-రకం డోపింగ్ యొక్క గెయిన్ ప్రాంతం సాధారణంగా P ప్రాంతంలో ఉంచబడుతుంది. ఆదర్శవంతమైన పరిస్థితిలో, గెయిన్ ప్రాంతంలోకి రంధ్రాలు మాత్రమే ఇంజెక్ట్ చేయబడతాయి, కాబట్టి ఈ నిర్మాణాన్ని హోల్-ఇంజెక్ట్ చేయబడిన నిర్మాణం అంటారు.

(2) శోషణ మరియు లాభం వేరు చేయబడతాయి
InP యొక్క విస్తృత బ్యాండ్ గ్యాప్ లక్షణాల కారణంగా (InP 1.35eV మరియు InGaAs 0.75eV), InP సాధారణంగా గెయిన్ జోన్ పదార్థంగా మరియు InGaAs శోషణ జోన్ పదార్థంగా ఉపయోగించబడుతుంది.

(3) శోషణ, ప్రవణత మరియు లాభం (SAGM) నిర్మాణాలు వరుసగా ప్రతిపాదించబడ్డాయి
ప్రస్తుతం, చాలా వాణిజ్య APD పరికరాలు InP/InGaAs పదార్థాన్ని ఉపయోగిస్తున్నాయి, InGaAs శోషణ పొరగా, అధిక విద్యుత్ క్షేత్రం (>5x105V/cm) కింద బ్రేక్‌డౌన్ లేకుండా InPని గెయిన్ జోన్ పదార్థంగా ఉపయోగించవచ్చు. ఈ పదార్థం కోసం, ఈ APD రూపకల్పన ఏమిటంటే, N-రకం InPలో రంధ్రాల ఢీకొనడం ద్వారా హిమపాతం ప్రక్రియ ఏర్పడుతుంది. InP మరియు InGaAల మధ్య బ్యాండ్ గ్యాప్‌లో ఉన్న పెద్ద వ్యత్యాసాన్ని పరిగణనలోకి తీసుకుంటే, వాలెన్స్ బ్యాండ్‌లోని దాదాపు 0.4eV శక్తి స్థాయి వ్యత్యాసం InGaAs శోషణ పొరలో ఉత్పత్తి చేయబడిన రంధ్రాలను InP గుణక పొరను చేరుకోవడానికి ముందు హెటెరోజంక్షన్ అంచు వద్ద అడ్డుకుంటుంది మరియు వేగం బాగా తగ్గుతుంది, ఫలితంగా ఈ APD యొక్క దీర్ఘ ప్రతిస్పందన సమయం మరియు ఇరుకైన బ్యాండ్‌విడ్త్ ఏర్పడుతుంది. రెండు పదార్థాల మధ్య InGaAsP పరివర్తన పొరను జోడించడం ద్వారా ఈ సమస్యను పరిష్కరించవచ్చు.

(4) శోషణ, ప్రవణత, ఛార్జ్ మరియు లాభం (SAGCM) నిర్మాణాలు వరుసగా ప్రతిపాదించబడ్డాయి
శోషణ పొర మరియు గెయిన్ పొర యొక్క విద్యుత్ క్షేత్ర పంపిణీని మరింత సర్దుబాటు చేయడానికి, ఛార్జ్ పొరను పరికర రూపకల్పనలో ప్రవేశపెడతారు, ఇది పరికర వేగం మరియు ప్రతిస్పందనను బాగా మెరుగుపరుస్తుంది.

(5) రెసొనేటర్ ఎన్హాన్స్డ్ (RCE) SAGCM స్ట్రక్చర్
పైన పేర్కొన్న సాంప్రదాయ డిటెక్టర్ల సరైన రూపకల్పనలో, శోషణ పొర యొక్క మందం పరికర వేగం మరియు క్వాంటం సామర్థ్యానికి విరుద్ధమైన అంశం అనే వాస్తవాన్ని మనం ఎదుర్కోవాలి. శోషణ పొర యొక్క సన్నని మందం క్యారియర్ రవాణా సమయాన్ని తగ్గించగలదు, కాబట్టి పెద్ద బ్యాండ్‌విడ్త్ పొందవచ్చు. అయితే, అదే సమయంలో, అధిక క్వాంటం సామర్థ్యాన్ని పొందడానికి, శోషణ పొర తగినంత మందాన్ని కలిగి ఉండాలి. ఈ సమస్యకు పరిష్కారం ప్రతిధ్వని కుహరం (RCE) నిర్మాణం కావచ్చు, అంటే, పంపిణీ చేయబడిన బ్రాగ్ రిఫ్లెక్టర్ (DBR) పరికరం యొక్క దిగువ మరియు పైభాగంలో రూపొందించబడింది. DBR అద్దం తక్కువ వక్రీభవన సూచిక మరియు నిర్మాణంలో అధిక వక్రీభవన సూచిక కలిగిన రెండు రకాల పదార్థాలను కలిగి ఉంటుంది మరియు రెండూ ప్రత్యామ్నాయంగా పెరుగుతాయి మరియు ప్రతి పొర యొక్క మందం సెమీకండక్టర్‌లో సంఘటన కాంతి తరంగదైర్ఘ్యం 1/4ని కలుస్తుంది. డిటెక్టర్ యొక్క రెసొనేటర్ నిర్మాణం వేగ అవసరాలను తీర్చగలదు, శోషణ పొర యొక్క మందాన్ని చాలా సన్నగా చేయవచ్చు మరియు అనేక ప్రతిబింబాల తర్వాత ఎలక్ట్రాన్ యొక్క క్వాంటం సామర్థ్యం పెరుగుతుంది.

(6) అంచు-కపుల్డ్ వేవ్‌గైడ్ నిర్మాణం (WG-APD)
పరికర వేగం మరియు క్వాంటం సామర్థ్యంపై శోషణ పొర మందం యొక్క విభిన్న ప్రభావాల వైరుధ్యాన్ని పరిష్కరించడానికి మరొక పరిష్కారం అంచు-కపుల్డ్ వేవ్‌గైడ్ నిర్మాణాన్ని పరిచయం చేయడం. ఈ నిర్మాణం వైపు నుండి కాంతిలోకి ప్రవేశిస్తుంది, ఎందుకంటే శోషణ పొర చాలా పొడవుగా ఉంటుంది, అధిక క్వాంటం సామర్థ్యాన్ని పొందడం సులభం, మరియు అదే సమయంలో, శోషణ పొరను చాలా సన్నగా చేయవచ్చు, క్యారియర్ రవాణా సమయాన్ని తగ్గిస్తుంది. అందువల్ల, ఈ నిర్మాణం శోషణ పొర యొక్క మందంపై బ్యాండ్‌విడ్త్ మరియు సామర్థ్యం యొక్క విభిన్న ఆధారపడటాన్ని పరిష్కరిస్తుంది మరియు అధిక రేటు మరియు అధిక క్వాంటం సామర్థ్యం APDని సాధించగలదని భావిస్తున్నారు. WG-APD ప్రక్రియ RCE APD కంటే సరళమైనది, ఇది DBR అద్దం యొక్క సంక్లిష్ట తయారీ ప్రక్రియను తొలగిస్తుంది. అందువల్ల, ఇది ఆచరణాత్మక రంగంలో మరింత సాధ్యమవుతుంది మరియు సాధారణ ప్లేన్ ఆప్టికల్ కనెక్షన్‌కు అనుకూలంగా ఉంటుంది.

3. ముగింపు
హిమపాతం అభివృద్ధిఫోటోడిటెక్టర్పదార్థాలు మరియు పరికరాలను సమీక్షించారు. InP పదార్థాల ఎలక్ట్రాన్ మరియు రంధ్ర ఢీకొన్న అయనీకరణ రేట్లు InAlAs లకు దగ్గరగా ఉంటాయి, ఇది రెండు క్యారియర్ సింబియన్ల డబుల్ ప్రక్రియకు దారితీస్తుంది, ఇది హిమపాతం నిర్మాణ సమయాన్ని ఎక్కువ చేస్తుంది మరియు శబ్దం పెరుగుతుంది. స్వచ్ఛమైన InAlAs పదార్థాలతో పోలిస్తే, InGaAs (P) /InAlAs మరియు In (Al) GaAs/InAlAs క్వాంటం బావి నిర్మాణాలు ఘర్షణ అయనీకరణ గుణకాల యొక్క పెరిగిన నిష్పత్తిని కలిగి ఉంటాయి, కాబట్టి శబ్ద పనితీరును బాగా మార్చవచ్చు. నిర్మాణం పరంగా, పరికర వేగం మరియు క్వాంటం సామర్థ్యంపై శోషణ పొర మందం యొక్క విభిన్న ప్రభావాల వైరుధ్యాలను పరిష్కరించడానికి రెసొనేటర్ మెరుగైన (RCE) SAGCM నిర్మాణం మరియు అంచు-కపుల్డ్ వేవ్‌గైడ్ నిర్మాణం (WG-APD) అభివృద్ధి చేయబడ్డాయి. ప్రక్రియ యొక్క సంక్లిష్టత కారణంగా, ఈ రెండు నిర్మాణాల పూర్తి ఆచరణాత్మక అనువర్తనాన్ని మరింత అన్వేషించాల్సిన అవసరం ఉంది.