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

యొక్క సూత్రం మరియు ప్రస్తుత పరిస్థితిహిమపాతం ఫోటోడెటెక్టర్ (APD ఫోటోడెటెక్టర్) రెండవ భాగం

2.2 APD చిప్ నిర్మాణం
సహేతుకమైన చిప్ నిర్మాణం అనేది అధిక పనితీరు పరికరాల యొక్క ప్రాథమిక హామీ. APD యొక్క నిర్మాణ రూపకల్పన ప్రధానంగా RC సమయ స్థిరాంకం, హెటెరోజంక్షన్ వద్ద హోల్ క్యాప్చర్, క్షీణత ప్రాంతం ద్వారా క్యారియర్ రవాణా సమయం మరియు మొదలైన వాటిని పరిగణిస్తుంది. దాని నిర్మాణం యొక్క అభివృద్ధి క్రింద సంగ్రహించబడింది:

(1) ప్రాథమిక నిర్మాణం
సరళమైన APD నిర్మాణం PIN ఫోటోడియోడ్‌పై ఆధారపడి ఉంటుంది, P ప్రాంతం మరియు N ప్రాంతం భారీగా డోప్ చేయబడి ఉంటాయి మరియు ద్వితీయ ఎలక్ట్రాన్లు మరియు రంధ్రాన్ని ఉత్పత్తి చేయడానికి N-రకం లేదా P-రకం రెట్టింపు-వికర్షక ప్రాంతం ప్రక్కనే ఉన్న P ప్రాంతం లేదా N ప్రాంతంలో ప్రవేశపెట్టబడింది. జతలు, తద్వారా ప్రాధమిక ఫోటోకరెంట్ యొక్క విస్తరణను గ్రహించడం. ఇన్‌పి సిరీస్ మెటీరియల్‌ల కోసం, హోల్ ఇంపాక్ట్ అయనీకరణ గుణకం ఎలక్ట్రాన్ ఇంపాక్ట్ అయనీకరణ గుణకం కంటే ఎక్కువగా ఉన్నందున, ఎన్-టైప్ డోపింగ్ యొక్క లాభం ప్రాంతం సాధారణంగా పి ప్రాంతంలో ఉంచబడుతుంది. ఆదర్శవంతమైన పరిస్థితిలో, రంధ్రాలు మాత్రమే పొందే ప్రాంతంలోకి చొప్పించబడతాయి, కాబట్టి ఈ నిర్మాణాన్ని రంధ్రం-ఇంజెక్ట్ చేయబడిన నిర్మాణం అంటారు.

(2) శోషణ మరియు లాభం ప్రత్యేకించబడ్డాయి
InP యొక్క విస్తృత బ్యాండ్ గ్యాప్ లక్షణాల కారణంగా (InP 1.35eV మరియు InGaAs 0.75eV), InPని సాధారణంగా గెయిన్ జోన్ మెటీరియల్‌గా మరియు InGaAs శోషణ జోన్ మెటీరియల్‌గా ఉపయోగించబడుతుంది.

(3) శోషణ, ప్రవణత మరియు లాభం (SAGM) నిర్మాణాలు వరుసగా ప్రతిపాదించబడ్డాయి
ప్రస్తుతం, చాలా వాణిజ్య APD పరికరాలు InP/InGaAs మెటీరియల్‌ని ఉపయోగిస్తాయి, InGaAలను శోషణ పొరగా ఉపయోగిస్తాయి, అధిక విద్యుత్ క్షేత్రంలో (>5x105V/cm) విచ్ఛిన్నం లేకుండా InPని ఒక గెయిన్ జోన్ మెటీరియల్‌గా ఉపయోగించవచ్చు. ఈ పదార్ధం కోసం, ఈ APD రూపకల్పన ఏమిటంటే, రంధ్రాల తాకిడి ద్వారా N-రకం InPలో హిమపాతం ప్రక్రియ ఏర్పడుతుంది. InP మరియు InGaAల మధ్య బ్యాండ్ గ్యాప్‌లో పెద్ద వ్యత్యాసాన్ని పరిగణనలోకి తీసుకుంటే, వాలెన్స్ బ్యాండ్‌లో దాదాపు 0.4eV శక్తి స్థాయి వ్యత్యాసం InP గుణకం పొరను చేరుకోవడానికి ముందు హెటెరోజంక్షన్ అంచు వద్ద InGaAs శోషణ పొరలో ఏర్పడిన రంధ్రాలను అడ్డుకుంటుంది మరియు వేగం చాలా ఎక్కువగా ఉంటుంది. తగ్గించబడింది, ఫలితంగా ఈ APD యొక్క సుదీర్ఘ ప్రతిస్పందన సమయం మరియు ఇరుకైన బ్యాండ్‌విడ్త్. 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 లేయర్ యొక్క ఎలెక్ట్రిక్ ఫీల్డ్ పంపిణీని మరింత సర్దుబాటు చేయడానికి, ఛార్జ్ లేయర్ పరికర రూపకల్పనలో ప్రవేశపెట్టబడింది, ఇది పరికర వేగం మరియు ప్రతిస్పందనను బాగా మెరుగుపరుస్తుంది.

(5) రెసొనేటర్ మెరుగుపరచబడిన (RCE) SAGCM నిర్మాణం
సాంప్రదాయ డిటెక్టర్ల యొక్క పై సరైన డిజైన్‌లో, పరికర వేగం మరియు క్వాంటం సామర్థ్యానికి శోషణ పొర యొక్క మందం విరుద్ధమైన అంశం అనే వాస్తవాన్ని మనం తప్పక ఎదుర్కోవాలి. శోషక పొర యొక్క సన్నని మందం క్యారియర్ రవాణా సమయాన్ని తగ్గిస్తుంది, కాబట్టి పెద్ద బ్యాండ్‌విడ్త్ పొందవచ్చు. అయితే, అదే సమయంలో, అధిక క్వాంటం సామర్థ్యాన్ని పొందేందుకు, శోషణ పొర తగినంత మందం కలిగి ఉండాలి. ఈ సమస్యకు పరిష్కారం ప్రతిధ్వని కుహరం (RCE) నిర్మాణం కావచ్చు, అంటే పంపిణీ చేయబడిన బ్రాగ్ రిఫ్లెక్టర్ (DBR) పరికరం దిగువన మరియు ఎగువన రూపొందించబడింది. DBR అద్దం నిర్మాణంలో తక్కువ వక్రీభవన సూచిక మరియు అధిక వక్రీభవన సూచిక కలిగిన రెండు రకాల పదార్థాలను కలిగి ఉంటుంది మరియు రెండూ ప్రత్యామ్నాయంగా పెరుగుతాయి మరియు ప్రతి పొర యొక్క మందం సెమీకండక్టర్‌లోని సంఘటన కాంతి తరంగదైర్ఘ్యం 1/4కి అనుగుణంగా ఉంటుంది. డిటెక్టర్ యొక్క రెసొనేటర్ నిర్మాణం వేగం అవసరాలను తీర్చగలదు, శోషణ పొర యొక్క మందం చాలా సన్నగా ఉంటుంది మరియు అనేక ప్రతిబింబాల తర్వాత ఎలక్ట్రాన్ యొక్క క్వాంటం సామర్థ్యం పెరుగుతుంది.

(6) ఎడ్జ్-కపుల్డ్ వేవ్‌గైడ్ స్ట్రక్చర్ (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 కాంతికి ప్రవేశిస్తుంది, ఎందుకంటే శోషణ పొర చాలా పొడవుగా ఉంటుంది, అధిక క్వాంటం సామర్థ్యాన్ని పొందడం సులభం, మరియు అదే సమయంలో, శోషణ పొర చాలా సన్నగా తయారవుతుంది, క్యారియర్ రవాణా సమయాన్ని తగ్గిస్తుంది. అందువల్ల, ఈ నిర్మాణం బ్యాండ్‌విడ్త్ యొక్క విభిన్న ఆధారపడటాన్ని మరియు శోషణ పొర యొక్క మందంపై సమర్థతను పరిష్కరిస్తుంది మరియు అధిక రేటు మరియు అధిక క్వాంటం సామర్థ్యం APDని సాధించగలదని భావిస్తున్నారు. WG-APD ప్రక్రియ RCE APD కంటే సరళమైనది, ఇది DBR మిర్రర్ యొక్క సంక్లిష్టమైన తయారీ ప్రక్రియను తొలగిస్తుంది. అందువల్ల, ఇది ఆచరణాత్మక రంగంలో మరింత ఆచరణీయమైనది మరియు సాధారణ ప్లేన్ ఆప్టికల్ కనెక్షన్‌కు అనుకూలంగా ఉంటుంది.

3. ముగింపు
హిమపాతం అభివృద్ధిఫోటో డిటెక్టర్పదార్థాలు మరియు పరికరాలు సమీక్షించబడతాయి. InP మెటీరియల్స్ యొక్క ఎలక్ట్రాన్ మరియు హోల్ తాకిడి అయనీకరణ రేట్లు InAlAsకి దగ్గరగా ఉంటాయి, ఇది రెండు క్యారియర్ సహజీవనాల ద్వంద్వ 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 తాకిడి అయనీకరణ గుణకాల యొక్క పెరిగిన నిష్పత్తిని కలిగి ఉంటాయి, కాబట్టి శబ్దం పనితీరును బాగా మార్చవచ్చు. నిర్మాణం పరంగా, పరికర వేగం మరియు క్వాంటం సామర్థ్యంపై శోషణ పొర మందం యొక్క విభిన్న ప్రభావాల యొక్క వైరుధ్యాలను పరిష్కరించడానికి రెసొనేటర్ మెరుగుపరచబడిన (RCE) SAGCM నిర్మాణం మరియు అంచు-కపుల్డ్ వేవ్‌గైడ్ నిర్మాణం (WG-APD) అభివృద్ధి చేయబడ్డాయి. ప్రక్రియ యొక్క సంక్లిష్టత కారణంగా, ఈ రెండు నిర్మాణాల యొక్క పూర్తి ఆచరణాత్మక అనువర్తనం మరింత అన్వేషించాల్సిన అవసరం ఉంది.