હિમપ્રપાત ફોટોડિટેક્ટર (APD ફોટોડિટેક્ટર)નો સિદ્ધાંત અને વર્તમાન પરિસ્થિતિ ભાગ બે

ના સિદ્ધાંત અને વર્તમાન પરિસ્થિતિહિમપ્રપાત ફોટોડિટેક્ટર (એપીડી ફોટોડિટેક્ટર) ભાગ બે

2.2 APD ચિપ માળખું
વાજબી ચિપ માળખું ઉચ્ચ પ્રદર્શન ઉપકરણોની મૂળભૂત ગેરંટી છે. APD ની માળખાકીય ડિઝાઇન મુખ્યત્વે RC ટાઈમ કોન્સ્ટન્ટ, હેટરોજંકશન પર હોલ કેપ્ચર, અવક્ષય પ્રદેશ દ્વારા વાહક પરિવહન સમય વગેરેને ધ્યાનમાં લે છે. તેની રચનાના વિકાસનો સારાંશ નીચે આપેલ છે:

(1) મૂળભૂત માળખું
સૌથી સરળ APD માળખું PIN ફોટોોડિયોડ પર આધારિત છે, P પ્રદેશ અને N પ્રદેશ ભારે ડોપ્ડ છે, અને N-ટાઈપ અથવા P-ટાઈપ ડબલ-રિપેલન્ટ પ્રદેશ નજીકના P પ્રદેશ અથવા N પ્રદેશમાં ગૌણ ઈલેક્ટ્રોન અને છિદ્ર પેદા કરવા માટે રજૂ કરવામાં આવ્યા છે. જોડી, જેથી પ્રાથમિક ફોટોકરન્ટના એમ્પ્લીફિકેશનનો ખ્યાલ આવે. InP શ્રેણીની સામગ્રી માટે, કારણ કે છિદ્રની અસર આયનીકરણ ગુણાંક ઇલેક્ટ્રોન અસર આયનીકરણ ગુણાંક કરતા વધારે છે, N-ટાઈપ ડોપિંગનો ગેઇન વિસ્તાર સામાન્ય રીતે P પ્રદેશમાં મૂકવામાં આવે છે. આદર્શ પરિસ્થિતિમાં, ગેઇન પ્રદેશમાં માત્ર છિદ્રો ઇન્જેક્ટ કરવામાં આવે છે, તેથી આ રચનાને છિદ્ર-ઇન્જેક્ટેડ સ્ટ્રક્ચર કહેવામાં આવે છે.

(2) શોષણ અને લાભને અલગ પાડવામાં આવે છે
InP (InP 1.35eV છે અને InGaAs 0.75eV છે) ની વિશાળ બેન્ડ ગેપ લાક્ષણિકતાઓને કારણે, InP નો ઉપયોગ સામાન્ય રીતે ગેઇન ઝોન સામગ્રી તરીકે અને InGaAs શોષણ ઝોન સામગ્રી તરીકે થાય છે.

(3) અનુક્રમે શોષણ, ઢાળ અને લાભ (SAGM) માળખાં સૂચિત છે.
હાલમાં, મોટાભાગના વ્યાપારી APD ઉપકરણો InP/InGaAs સામગ્રીનો ઉપયોગ કરે છે, InGaAs શોષણ સ્તર તરીકે, InP ઉચ્ચ ઇલેક્ટ્રિક ફિલ્ડ (>5x105V/cm) હેઠળ ભંગાણ વિના, ગેઇન ઝોન સામગ્રી તરીકે ઉપયોગ કરી શકાય છે. આ સામગ્રી માટે, આ APD ની રચના એ છે કે N-Type InP માં છિદ્રોની અથડામણ દ્વારા હિમપ્રપાત પ્રક્રિયા રચાય છે. InP અને InGaAs વચ્ચેના બેન્ડ ગેપમાં મોટા તફાવતને ધ્યાનમાં લેતા, વેલેન્સ બેન્ડમાં આશરે 0.4eV નો ઉર્જા સ્તરનો તફાવત InGaAs શોષણ સ્તરમાં ઉત્પન્ન થયેલા છિદ્રોને InP ગુણક સ્તર સુધી પહોંચતા પહેલા હેટરોજંકશન ધાર પર અવરોધિત બનાવે છે અને ઝડપ ઘણી વધારે છે. ઘટાડો થયો, જેના પરિણામે આ APD ની લાંબી પ્રતિભાવ સમય અને સાંકડી બેન્ડવિડ્થ. આ સમસ્યાને બે સામગ્રી વચ્ચે InGaAsP સંક્રમણ સ્તર ઉમેરીને ઉકેલી શકાય છે.

(4) અનુક્રમે શોષણ, ઢાળ, ચાર્જ અને ગેઇન (SAGCM) માળખાં સૂચિત છે.
શોષણ સ્તર અને ગેઇન લેયરના ઇલેક્ટ્રિક ફિલ્ડ ડિસ્ટ્રિબ્યુશનને વધુ સમાયોજિત કરવા માટે, ચાર્જ લેયરને ઉપકરણ ડિઝાઇનમાં રજૂ કરવામાં આવે છે, જે ઉપકરણની ગતિ અને પ્રતિભાવને મોટા પ્રમાણમાં સુધારે છે.

(5) રેઝોનેટર ઉન્નત (RCE) SAGCM માળખું
પરંપરાગત ડિટેક્ટરની ઉપરોક્ત શ્રેષ્ઠ ડિઝાઇનમાં, આપણે એ હકીકતનો સામનો કરવો જોઈએ કે શોષણ સ્તરની જાડાઈ એ ઉપકરણની ગતિ અને ક્વોન્ટમ કાર્યક્ષમતા માટે વિરોધાભાસી પરિબળ છે. શોષક સ્તરની પાતળી જાડાઈ વાહક પરિવહન સમયને ઘટાડી શકે છે, તેથી મોટી બેન્ડવિડ્થ મેળવી શકાય છે. જો કે, તે જ સમયે, ઉચ્ચ ક્વોન્ટમ કાર્યક્ષમતા મેળવવા માટે, શોષણ સ્તરની પૂરતી જાડાઈ હોવી જરૂરી છે. આ સમસ્યાનો ઉકેલ રેઝોનન્ટ કેવિટી (આરસીઇ) સ્ટ્રક્ચર હોઈ શકે છે, એટલે કે ડિસ્ટ્રિબ્યુટેડ બ્રેગ રિફ્લેક્ટર (ડીબીઆર) ઉપકરણના તળિયે અને ટોચ પર રચાયેલ છે. ડીબીઆર મિરરમાં નીચા રીફ્રેક્ટિવ ઇન્ડેક્સ અને ઉચ્ચ રીફ્રેક્ટિવ ઇન્ડેક્સ સાથે બે પ્રકારની સામગ્રીનો સમાવેશ થાય છે, અને બે એકાંતરે વધે છે, અને દરેક સ્તરની જાડાઈ સેમિકન્ડક્ટરમાં ઘટના પ્રકાશ તરંગલંબાઇ 1/4ને પૂર્ણ કરે છે. ડિટેક્ટરનું રેઝોનેટર માળખું ઝડપની આવશ્યકતાઓને પૂર્ણ કરી શકે છે, શોષણ સ્તરની જાડાઈ ખૂબ જ પાતળી બનાવી શકાય છે, અને ઇલેક્ટ્રોનની ક્વોન્ટમ કાર્યક્ષમતા અનેક પ્રતિબિંબ પછી વધે છે.

(6) એજ-કપ્લ્ડ વેવગાઇડ સ્ટ્રક્ચર (WG-APD)
ઉપકરણની ઝડપ અને ક્વોન્ટમ કાર્યક્ષમતા પર શોષણ સ્તરની જાડાઈની વિવિધ અસરોના વિરોધાભાસને ઉકેલવા માટેનો બીજો ઉપાય એજ-કપ્લ્ડ વેવગાઈડ માળખું રજૂ કરવાનો છે. આ માળખું બાજુથી પ્રકાશમાં પ્રવેશ કરે છે, કારણ કે શોષણ સ્તર ખૂબ લાંબુ છે, તે ઉચ્ચ ક્વોન્ટમ કાર્યક્ષમતા મેળવવાનું સરળ છે, અને તે જ સમયે, શોષણ સ્તરને ખૂબ જ પાતળું બનાવી શકાય છે, વાહક પરિવહન સમય ઘટાડે છે. તેથી, આ માળખું શોષણ સ્તરની જાડાઈ પર બેન્ડવિડ્થ અને કાર્યક્ષમતાના વિવિધ નિર્ભરતાને હલ કરે છે, અને ઉચ્ચ દર અને ઉચ્ચ ક્વોન્ટમ કાર્યક્ષમતા APD હાંસલ કરવાની અપેક્ષા છે. WG-APD ની પ્રક્રિયા RCE APD કરતા સરળ છે, જે DBR મિરરની જટિલ તૈયારી પ્રક્રિયાને દૂર કરે છે. તેથી, તે વ્યવહારુ ક્ષેત્રમાં વધુ શક્ય છે અને સામાન્ય પ્લેન ઓપ્ટિકલ કનેક્શન માટે યોગ્ય છે.

3. નિષ્કર્ષ
હિમપ્રપાતનો વિકાસફોટોડિટેક્ટરસામગ્રી અને ઉપકરણોની સમીક્ષા કરવામાં આવે છે. InP સામગ્રીના ઇલેક્ટ્રોન અને હોલ અથડામણના આયનીકરણ દરો InAlAs ની નજીક છે, જે બે વાહક પ્રતીકોની બેવડી પ્રક્રિયા તરફ દોરી જાય છે, જે હિમપ્રપાતના નિર્માણનો સમય લાંબો બનાવે છે અને અવાજ વધે છે. શુદ્ધ InAlAs સામગ્રીની તુલનામાં, InGaAs (P) /InAlAs અને In (Al) GaAs/InAlAs ક્વોન્ટમ વેલ સ્ટ્રક્ચર્સમાં અથડામણ આયનીકરણ ગુણાંકનો વધેલો ગુણોત્તર હોય છે, તેથી અવાજની કામગીરીને મોટા પ્રમાણમાં બદલી શકાય છે. બંધારણની દ્રષ્ટિએ, ઉપકરણની ઝડપ અને ક્વોન્ટમ કાર્યક્ષમતા પર શોષણ સ્તરની જાડાઈની વિવિધ અસરોના વિરોધાભાસને ઉકેલવા માટે રેઝોનેટર એન્હાન્સ્ડ (RCE) SAGCM સ્ટ્રક્ચર અને એજ-કપ્લ્ડ વેવગાઈડ સ્ટ્રક્ચર (WG-APD) વિકસાવવામાં આવ્યા છે. પ્રક્રિયાની જટિલતાને લીધે, આ બે માળખાના સંપૂર્ણ વ્યવહારિક ઉપયોગને વધુ અન્વેષણ કરવાની જરૂર છે.