అవలాంచ్ ఫోటోడిటెక్టర్ (APD ఫోటోడిటెక్టర్) యొక్క సూత్రం మరియు ప్రస్తుత పరిస్థితి, రెండవ భాగం

సూత్రం మరియు ప్రస్తుత పరిస్థితిహిమపాతం ఫోటోడిటెక్టర్ (APD ఫోటోడిటెక్టర్) రెండవ భాగం

2.2 APD చిప్ నిర్మాణం
సమర్థవంతమైన చిప్ నిర్మాణం అధిక పనితీరు గల పరికరాలకు ప్రాథమిక హామీ. APD యొక్క నిర్మాణ రూపకల్పనలో ప్రధానంగా RC టైమ్ కాన్‌స్టాంట్, హెటెరోజంక్షన్ వద్ద హోల్ క్యాప్చర్, డిప్లీషన్ రీజియన్ ద్వారా క్యారియర్ ట్రాన్సిట్ టైమ్ మొదలైనవాటిని పరిగణనలోకి తీసుకుంటారు. దాని నిర్మాణం యొక్క అభివృద్ధిని క్రింద సంగ్రహంగా వివరించబడింది:

(1) ప్రాథమిక నిర్మాణం
అత్యంత సరళమైన APD నిర్మాణం PIN ఫోటోడయోడ్ ఆధారంగా ఉంటుంది. దీనిలో P ప్రాంతం మరియు N ప్రాంతం అధికంగా డోప్ చేయబడి ఉంటాయి. ప్రాథమిక ఫోటోకరెంట్ యొక్క విస్తరణను సాధించడం కోసం, ద్వితీయ ఎలక్ట్రాన్ మరియు హోల్ జతలను ఉత్పత్తి చేయడానికి, ప్రక్కనే ఉన్న P ప్రాంతం లేదా N ప్రాంతంలో N-రకం లేదా P-రకం ద్వివికర్షణ ప్రాంతం ప్రవేశపెట్టబడుతుంది. InP శ్రేణి పదార్థాల విషయంలో, ఎలక్ట్రాన్ ప్రభావ అయనీకరణ గుణకం కంటే హోల్ ప్రభావ అయనీకరణ గుణకం ఎక్కువగా ఉన్నందున, N-రకం డోపింగ్ యొక్క గెయిన్ ప్రాంతం సాధారణంగా P ప్రాంతంలో ఉంచబడుతుంది. ఆదర్శవంతమైన పరిస్థితిలో, గెయిన్ ప్రాంతంలోకి కేవలం హోల్స్ మాత్రమే ప్రవేశపెట్టబడతాయి, కాబట్టి ఈ నిర్మాణాన్ని హోల్-ఇంజెక్టెడ్ నిర్మాణం అని పిలుస్తారు.

(2) శోషణ మరియు లాభం వేరు చేయబడ్డాయి
InP యొక్క విస్తృత బ్యాండ్ గ్యాప్ లక్షణాల కారణంగా (InP 1.35eV మరియు InGaAs 0.75eV), సాధారణంగా InP ను గెయిన్ జోన్ మెటీరియల్‌గా మరియు InGaAs ను అబ్సార్ప్షన్ జోన్ మెటీరియల్‌గా ఉపయోగిస్తారు.

(3) శోషణ, ప్రవణత మరియు లాభం (SAGM) నిర్మాణాలు వరుసగా ప్రతిపాదించబడ్డాయి
ప్రస్తుతం, చాలా వాణిజ్య APD పరికరాలు InP/InGaAs పదార్థాన్ని ఉపయోగిస్తాయి, ఇందులో InGaAs శోషణ పొరగా ఉంటుంది, మరియు అధిక విద్యుత్ క్షేత్రం (>5x10⁵V/cm) వద్ద బ్రేక్‌డౌన్ లేకుండా ఉండే InPని గెయిన్ జోన్ పదార్థంగా ఉపయోగించవచ్చు. ఈ పదార్థం కోసం, ఈ APD రూపకల్పనలో N-రకం InPలో హోల్స్ ఢీకొనడం ద్వారా అవలాంచ్ ప్రక్రియ ఏర్పడుతుంది. InP మరియు InGaAs మధ్య బ్యాండ్ గ్యాప్‌లో ఉన్న పెద్ద వ్యత్యాసాన్ని పరిగణనలోకి తీసుకుంటే, వాలెన్స్ బ్యాండ్‌లో సుమారు 0.4eV శక్తి స్థాయి వ్యత్యాసం కారణంగా, InGaAs శోషణ పొరలో ఉత్పత్తి అయిన హోల్స్, InP మల్టిప్లయర్ పొరను చేరకముందే హెటెరోజంక్షన్ అంచు వద్ద అడ్డుపడతాయి మరియు వాటి వేగం బాగా తగ్గిపోతుంది. దీని ఫలితంగా ఈ APDకి ఎక్కువ ప్రతిస్పందన సమయం మరియు ఇరుకైన బ్యాండ్‌విడ్త్ ఏర్పడతాయి. ఈ రెండు పదార్థాల మధ్య InGaAsP ట్రాన్సిషన్ పొరను జోడించడం ద్వారా ఈ సమస్యను పరిష్కరించవచ్చు.

(4) శోషణ, ప్రవణత, ఛార్జ్ మరియు లాభం (SAGCM) నిర్మాణాలు వరుసగా ప్రతిపాదించబడ్డాయి
శోషణ పొర మరియు లాభ పొర యొక్క విద్యుత్ క్షేత్ర పంపిణీని మరింతగా సర్దుబాటు చేయడానికి, పరికర రూపకల్పనలో ఛార్జ్ పొరను ప్రవేశపెట్టారు, ఇది పరికర వేగాన్ని మరియు ప్రతిస్పందనను బాగా మెరుగుపరుస్తుంది.

(5) రెసోనేటర్ మెరుగుపరిచిన (RCE) SAGCM నిర్మాణం
సాంప్రదాయ డిటెక్టర్ల యొక్క పైన పేర్కొన్న ఉత్తమ రూపకల్పనలో, శోషణ పొర యొక్క మందం అనేది పరికరం యొక్క వేగం మరియు క్వాంటం సామర్థ్యానికి విరుద్ధమైన అంశం అనే వాస్తవాన్ని మనం ఎదుర్కోవాలి. శోషణ పొర యొక్క పలుచని మందం క్యారియర్ ట్రాన్సిట్ సమయాన్ని తగ్గించగలదు, కాబట్టి పెద్ద బ్యాండ్‌విడ్త్‌ను పొందవచ్చు. అయితే, అదే సమయంలో, అధిక క్వాంటం సామర్థ్యాన్ని పొందడానికి, శోషణ పొర తగినంత మందాన్ని కలిగి ఉండాలి. ఈ సమస్యకు పరిష్కారం రెసొనెంట్ కావిటీ (RCE) నిర్మాణం కావచ్చు, అంటే, పరికరం యొక్క దిగువ మరియు పైభాగంలో డిస్ట్రిబ్యూటెడ్ బ్రాగ్ రిఫ్లెక్టర్ (DBR) రూపొందించబడుతుంది. DBR అద్దం నిర్మాణంలో తక్కువ వక్రీభవన సూచిక మరియు అధిక వక్రీభవన సూచిక కలిగిన రెండు రకాల పదార్థాలను కలిగి ఉంటుంది, మరియు ఈ రెండూ ఏకాంతరంగా పెరుగుతాయి, మరియు ప్రతి పొర యొక్క మందం సెమీకండక్టర్‌లో పతన కాంతి తరంగదైర్ఘ్యం 1/4కు అనుగుణంగా ఉంటుంది. డిటెక్టర్ యొక్క రెసొనేటర్ నిర్మాణం వేగ అవసరాలను తీర్చగలదు, శోషణ పొర యొక్క మందాన్ని చాలా పలుచగా చేయవచ్చు, మరియు అనేక పరావర్తనాల తర్వాత ఎలక్ట్రాన్ యొక్క క్వాంటం సామర్థ్యం పెరుగుతుంది.

(6) ఎడ్జ్-కపుల్డ్ వేవ్‌గైడ్ నిర్మాణం (WG-APD)
పరికర వేగం మరియు క్వాంటం సామర్థ్యంపై శోషణ పొర మందం యొక్క విభిన్న ప్రభావాల వైరుధ్యాన్ని పరిష్కరించడానికి, ఎడ్జ్-కపుల్డ్ వేవ్‌గైడ్ నిర్మాణాన్ని ప్రవేశపెట్టడం మరొక పరిష్కారం. ఈ నిర్మాణంలో కాంతి పక్క నుండి ప్రవేశిస్తుంది, శోషణ పొర చాలా పొడవుగా ఉండటం వలన అధిక క్వాంటం సామర్థ్యాన్ని సులభంగా పొందవచ్చు. అదే సమయంలో, శోషణ పొరను చాలా పలుచగా తయారు చేయడం ద్వారా క్యారియర్ ట్రాన్సిట్ సమయాన్ని తగ్గించవచ్చు. అందువల్ల, ఈ నిర్మాణం శోషణ పొర మందంపై బ్యాండ్‌విడ్త్ మరియు సామర్థ్యం యొక్క విభిన్న ఆధారపడటాన్ని పరిష్కరిస్తుంది, మరియు అధిక రేటు మరియు అధిక క్వాంటం సామర్థ్యం గల APDని సాధించగలదని ఆశించబడుతోంది. 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 అనువైనది.

3. ముగింపు
హిమసంపాతం అభివృద్ధిఫోటోడిటెక్టర్పదార్థాలు మరియు పరికరాలు సమీక్షించబడ్డాయి. InP పదార్థాల ఎలక్ట్రాన్ మరియు హోల్ ఘర్షణ అయనీకరణ రేట్లు InAlAs వాటికి దగ్గరగా ఉంటాయి, ఇది రెండు క్యారియర్ సింబియాన్‌ల ద్వంద్వ ప్రక్రియకు దారితీస్తుంది, దీనివల్ల అవలాంచ్ నిర్మాణ సమయం ఎక్కువై, నాయిస్ పెరుగుతుంది. స్వచ్ఛమైన InAlAs పదార్థాలతో పోలిస్తే, InGaAs (P) /InAlAs మరియు In (Al) GaAs/InAlAs క్వాంటం వెల్ నిర్మాణాలలో ఘర్షణ అయనీకరణ గుణకాల నిష్పత్తి ఎక్కువగా ఉంటుంది, కాబట్టి నాయిస్ పనితీరును గణనీయంగా మార్చవచ్చు. నిర్మాణం పరంగా, పరికర వేగం మరియు క్వాంటం సామర్థ్యంపై శోషణ పొర మందం యొక్క విభిన్న ప్రభావాల వల్ల ఏర్పడే వైరుధ్యాలను పరిష్కరించడానికి రెసొనేటర్ ఎన్‌హాన్స్‌డ్ (RCE) SAGCM నిర్మాణం మరియు ఎడ్జ్-కపుల్డ్ వేవ్‌గైడ్ నిర్మాణం (WG-APD) అభివృద్ధి చేయబడ్డాయి. ఈ ప్రక్రియ యొక్క సంక్లిష్టత కారణంగా, ఈ రెండు నిర్మాణాల పూర్తి ఆచరణాత్మక అనువర్తనాన్ని మరింతగా అన్వేషించాల్సిన అవసరం ఉంది.