ਬਰਫਬਾਰੀ ਫੋਟੋਡਿਟੈਕਟਰ (ਏਪੀਡੀ ਫੋਟੋਡਿਟੇਕਟਰ) ਭਾਗ ਇੱਕ ਦਾ ਸਿਧਾਂਤ ਅਤੇ ਮੌਜੂਦਾ ਸਥਿਤੀ

ਐਬਸਟਰੈਕਟ: ਬਰਫਬਾਰੀ ਫੋਟੋਡਿਟੈਕਟਰ ਦਾ ਬੁਨਿਆਦੀ ਢਾਂਚਾ ਅਤੇ ਕਾਰਜਸ਼ੀਲ ਸਿਧਾਂਤ (APD ਫੋਟੋ ਡਿਟੈਕਟਰ) ਨੂੰ ਪੇਸ਼ ਕੀਤਾ ਜਾਂਦਾ ਹੈ, ਡਿਵਾਈਸ ਢਾਂਚੇ ਦੀ ਵਿਕਾਸ ਪ੍ਰਕਿਰਿਆ ਦਾ ਵਿਸ਼ਲੇਸ਼ਣ ਕੀਤਾ ਜਾਂਦਾ ਹੈ, ਮੌਜੂਦਾ ਖੋਜ ਸਥਿਤੀ ਦਾ ਸਾਰ ਦਿੱਤਾ ਜਾਂਦਾ ਹੈ, ਅਤੇ APD ਦੇ ਭਵਿੱਖ ਦੇ ਵਿਕਾਸ ਦਾ ਸੰਭਾਵੀ ਤੌਰ 'ਤੇ ਅਧਿਐਨ ਕੀਤਾ ਜਾਂਦਾ ਹੈ।

1. ਜਾਣ-ਪਛਾਣ
ਇੱਕ ਫੋਟੋਡਿਟੈਕਟਰ ਇੱਕ ਅਜਿਹਾ ਯੰਤਰ ਹੈ ਜੋ ਰੋਸ਼ਨੀ ਦੇ ਸਿਗਨਲਾਂ ਨੂੰ ਇਲੈਕਟ੍ਰੀਕਲ ਸਿਗਨਲਾਂ ਵਿੱਚ ਬਦਲਦਾ ਹੈ। ਵਿਚ ਏਸੈਮੀਕੰਡਕਟਰ ਫੋਟੋਡਿਟੈਕਟਰ, ਘਟਨਾ ਫੋਟੌਨ ਦੁਆਰਾ ਉਤਸਾਹਿਤ ਫੋਟੋ-ਜਨਰੇਟ ਕੈਰੀਅਰ ਲਾਗੂ ਪੱਖਪਾਤ ਵੋਲਟੇਜ ਦੇ ਅਧੀਨ ਬਾਹਰੀ ਸਰਕਟ ਵਿੱਚ ਦਾਖਲ ਹੁੰਦਾ ਹੈ ਅਤੇ ਇੱਕ ਮਾਪਣਯੋਗ ਫੋਟੋਕਰੰਟ ਬਣਾਉਂਦਾ ਹੈ। ਵੱਧ ਤੋਂ ਵੱਧ ਪ੍ਰਤੀਕਿਰਿਆਸ਼ੀਲਤਾ 'ਤੇ ਵੀ, ਇੱਕ PIN ਫੋਟੋਡਿਓਡ ਸਿਰਫ ਇਲੈਕਟ੍ਰੌਨ-ਹੋਲ ਜੋੜਿਆਂ ਦੀ ਇੱਕ ਜੋੜਾ ਪੈਦਾ ਕਰ ਸਕਦਾ ਹੈ, ਜੋ ਕਿ ਅੰਦਰੂਨੀ ਲਾਭ ਤੋਂ ਬਿਨਾਂ ਇੱਕ ਉਪਕਰਣ ਹੈ। ਵਧੇਰੇ ਜਵਾਬਦੇਹੀ ਲਈ, ਇੱਕ avalanche photodiode (APD) ਵਰਤਿਆ ਜਾ ਸਕਦਾ ਹੈ। ਫੋਟੋਕੁਰੈਂਟ 'ਤੇ APD ਦਾ ਪ੍ਰਸਾਰਣ ਪ੍ਰਭਾਵ ionization ਟੱਕਰ ਪ੍ਰਭਾਵ 'ਤੇ ਅਧਾਰਤ ਹੈ। ਕੁਝ ਸ਼ਰਤਾਂ ਅਧੀਨ, ਪ੍ਰਵੇਗਿਤ ਇਲੈਕਟ੍ਰੌਨ ਅਤੇ ਛੇਕ ਜਾਲੀ ਨਾਲ ਟਕਰਾਉਣ ਲਈ ਲੋੜੀਂਦੀ ਊਰਜਾ ਪ੍ਰਾਪਤ ਕਰ ਸਕਦੇ ਹਨ ਤਾਂ ਜੋ ਇਲੈਕਟ੍ਰੌਨ-ਹੋਲ ਜੋੜਿਆਂ ਦੀ ਇੱਕ ਨਵੀਂ ਜੋੜੀ ਪੈਦਾ ਕੀਤੀ ਜਾ ਸਕੇ। ਇਹ ਪ੍ਰਕਿਰਿਆ ਇੱਕ ਚੇਨ ਪ੍ਰਤੀਕ੍ਰਿਆ ਹੈ, ਤਾਂ ਜੋ ਪ੍ਰਕਾਸ਼ ਸੋਖਣ ਦੁਆਰਾ ਉਤਪੰਨ ਇਲੈਕਟ੍ਰੌਨ-ਹੋਲ ਜੋੜਿਆਂ ਦੀ ਜੋੜੀ ਵੱਡੀ ਗਿਣਤੀ ਵਿੱਚ ਇਲੈਕਟ੍ਰੌਨ-ਹੋਲ ਜੋੜੇ ਪੈਦਾ ਕਰ ਸਕਦੀ ਹੈ ਅਤੇ ਇੱਕ ਵਿਸ਼ਾਲ ਸੈਕੰਡਰੀ ਫੋਟੋਕਰੰਟ ਬਣਾ ਸਕਦੀ ਹੈ। ਇਸ ਲਈ, APD ਵਿੱਚ ਉੱਚ ਪ੍ਰਤੀਕਿਰਿਆ ਅਤੇ ਅੰਦਰੂਨੀ ਲਾਭ ਹੈ, ਜੋ ਡਿਵਾਈਸ ਦੇ ਸਿਗਨਲ-ਟੂ-ਆਇਸ ਅਨੁਪਾਤ ਵਿੱਚ ਸੁਧਾਰ ਕਰਦਾ ਹੈ। APD ਮੁੱਖ ਤੌਰ 'ਤੇ ਪ੍ਰਾਪਤ ਕੀਤੀ ਆਪਟੀਕਲ ਪਾਵਰ 'ਤੇ ਹੋਰ ਸੀਮਾਵਾਂ ਦੇ ਨਾਲ ਲੰਬੀ-ਦੂਰੀ ਜਾਂ ਛੋਟੇ ਆਪਟੀਕਲ ਫਾਈਬਰ ਸੰਚਾਰ ਪ੍ਰਣਾਲੀਆਂ ਵਿੱਚ ਵਰਤਿਆ ਜਾਵੇਗਾ। ਵਰਤਮਾਨ ਵਿੱਚ, ਬਹੁਤ ਸਾਰੇ ਆਪਟੀਕਲ ਉਪਕਰਣ ਮਾਹਰ APD ਦੀਆਂ ਸੰਭਾਵਨਾਵਾਂ ਬਾਰੇ ਬਹੁਤ ਆਸ਼ਾਵਾਦੀ ਹਨ, ਅਤੇ ਵਿਸ਼ਵਾਸ ਕਰਦੇ ਹਨ ਕਿ ਸੰਬੰਧਿਤ ਖੇਤਰਾਂ ਦੀ ਅੰਤਰਰਾਸ਼ਟਰੀ ਪ੍ਰਤੀਯੋਗਤਾ ਨੂੰ ਵਧਾਉਣ ਲਈ APD ਦੀ ਖੋਜ ਜ਼ਰੂਰੀ ਹੈ।

2. ਦਾ ਤਕਨੀਕੀ ਵਿਕਾਸਬਰਫ਼ਬਾਰੀ ਫੋਟੋ ਡਿਟੈਕਟਰ(APD ਫੋਟੋ ਡਿਟੈਕਟਰ)

2.1 ਸਮੱਗਰੀ
(1)ਸੀ ਫੋਟੋਡਿਟੈਕਟਰ
ਸੀ ਮਟੀਰੀਅਲ ਤਕਨਾਲੋਜੀ ਇੱਕ ਪਰਿਪੱਕ ਤਕਨਾਲੋਜੀ ਹੈ ਜੋ ਮਾਈਕ੍ਰੋਇਲੈਕਟ੍ਰੋਨਿਕਸ ਦੇ ਖੇਤਰ ਵਿੱਚ ਵਿਆਪਕ ਤੌਰ 'ਤੇ ਵਰਤੀ ਜਾਂਦੀ ਹੈ, ਪਰ ਇਹ 1.31mm ਅਤੇ 1.55mm ਦੀ ਤਰੰਗ-ਲੰਬਾਈ ਰੇਂਜ ਵਿੱਚ ਉਪਕਰਣਾਂ ਦੀ ਤਿਆਰੀ ਲਈ ਢੁਕਵੀਂ ਨਹੀਂ ਹੈ ਜੋ ਆਮ ਤੌਰ 'ਤੇ ਆਪਟੀਕਲ ਸੰਚਾਰ ਦੇ ਖੇਤਰ ਵਿੱਚ ਸਵੀਕਾਰ ਕੀਤੇ ਜਾਂਦੇ ਹਨ।

(2) ਜੀ
ਹਾਲਾਂਕਿ Ge APD ਦਾ ਸਪੈਕਟ੍ਰਲ ਪ੍ਰਤੀਕ੍ਰਿਆ ਆਪਟੀਕਲ ਫਾਈਬਰ ਟ੍ਰਾਂਸਮਿਸ਼ਨ ਵਿੱਚ ਘੱਟ ਨੁਕਸਾਨ ਅਤੇ ਘੱਟ ਫੈਲਾਅ ਦੀਆਂ ਲੋੜਾਂ ਲਈ ਢੁਕਵਾਂ ਹੈ, ਪਰ ਤਿਆਰੀ ਪ੍ਰਕਿਰਿਆ ਵਿੱਚ ਬਹੁਤ ਮੁਸ਼ਕਲਾਂ ਹਨ। ਇਸ ਤੋਂ ਇਲਾਵਾ, Ge ਦਾ ਇਲੈਕਟ੍ਰੋਨ ਅਤੇ ਹੋਲ ਆਇਓਨਾਈਜ਼ੇਸ਼ਨ ਦਰ ਅਨੁਪਾਤ () 1 ਦੇ ਨੇੜੇ ਹੈ, ਇਸ ਲਈ ਉੱਚ-ਪ੍ਰਦਰਸ਼ਨ ਵਾਲੇ APD ਯੰਤਰਾਂ ਨੂੰ ਤਿਆਰ ਕਰਨਾ ਮੁਸ਼ਕਲ ਹੈ।

(3)In0.53Ga0.47As/InP
In0.53Ga0.47As ਨੂੰ APD ਅਤੇ InP ਦੀ ਰੋਸ਼ਨੀ ਸਮਾਈ ਪਰਤ ਵਜੋਂ ਗੁਣਕ ਪਰਤ ਵਜੋਂ ਚੁਣਨ ਦਾ ਇਹ ਇੱਕ ਪ੍ਰਭਾਵਸ਼ਾਲੀ ਤਰੀਕਾ ਹੈ। In0.53Ga0.47A ਸਮੱਗਰੀ ਦੀ ਸਮਾਈ ਪੀਕ 1.65mm, 1.31mm, 1.55mm ਤਰੰਗ-ਲੰਬਾਈ ਲਗਭਗ 104cm-1 ਉੱਚ ਸਮਾਈ ਗੁਣਾਂਕ ਹੈ, ਜੋ ਵਰਤਮਾਨ ਸਮੇਂ ਲਾਈਟ ਡਿਟੈਕਟਰ ਦੀ ਸਮਾਈ ਪਰਤ ਲਈ ਤਰਜੀਹੀ ਸਮੱਗਰੀ ਹੈ।

(4)InGaAs ਫੋਟੋਡਿਟੈਕਟਰ/ਵਿੱਚਫੋਟੋਡਿਟੈਕਟਰ
InGaAsP ਨੂੰ ਰੋਸ਼ਨੀ ਸੋਖਣ ਵਾਲੀ ਪਰਤ ਦੇ ਤੌਰ 'ਤੇ ਅਤੇ InP ਨੂੰ ਗੁਣਕ ਪਰਤ ਦੇ ਤੌਰ 'ਤੇ ਚੁਣ ਕੇ, 1-1.4mm ਦੀ ਪ੍ਰਤੀਕਿਰਿਆ ਵੇਵ-ਲੰਬਾਈ, ਉੱਚ ਕੁਆਂਟਮ ਕੁਸ਼ਲਤਾ, ਘੱਟ ਹਨੇਰਾ ਕਰੰਟ ਅਤੇ ਉੱਚ ਬਰਫ਼ਬਾਰੀ ਲਾਭ ਵਾਲਾ APD ਤਿਆਰ ਕੀਤਾ ਜਾ ਸਕਦਾ ਹੈ। ਵੱਖ-ਵੱਖ ਮਿਸ਼ਰਤ ਭਾਗਾਂ ਦੀ ਚੋਣ ਕਰਕੇ, ਖਾਸ ਤਰੰਗ-ਲੰਬਾਈ ਲਈ ਸਭ ਤੋਂ ਵਧੀਆ ਪ੍ਰਦਰਸ਼ਨ ਪ੍ਰਾਪਤ ਕੀਤਾ ਜਾਂਦਾ ਹੈ।

(5)InGaAs/InAlAs
In0.52Al0.48A ਸਮੱਗਰੀ ਵਿੱਚ ਇੱਕ ਬੈਂਡ ਗੈਪ (1.47eV) ਹੁੰਦਾ ਹੈ ਅਤੇ 1.55mm ਦੀ ਤਰੰਗ-ਲੰਬਾਈ ਰੇਂਜ ਵਿੱਚ ਜਜ਼ਬ ਨਹੀਂ ਹੁੰਦਾ। ਇਸ ਗੱਲ ਦਾ ਸਬੂਤ ਹੈ ਕਿ ਪਤਲੀ In0.52Al0.48As epitaxial ਪਰਤ ਸ਼ੁੱਧ ਇਲੈਕਟ੍ਰੋਨ ਇੰਜੈਕਸ਼ਨ ਦੀ ਸਥਿਤੀ ਵਿੱਚ ਇੱਕ ਗੁਣਕ ਪਰਤ ਦੇ ਤੌਰ ਤੇ InP ਨਾਲੋਂ ਬਿਹਤਰ ਲਾਭ ਵਿਸ਼ੇਸ਼ਤਾਵਾਂ ਪ੍ਰਾਪਤ ਕਰ ਸਕਦੀ ਹੈ।

(6)InGaAs/InGaAs (P) /InAlAs ਅਤੇ InGaAs/In (Al) GaAs/InAlAs
ਸਮੱਗਰੀ ਦੀ ਪ੍ਰਭਾਵ ionization ਦਰ APD ਦੀ ਕਾਰਗੁਜ਼ਾਰੀ ਨੂੰ ਪ੍ਰਭਾਵਿਤ ਕਰਨ ਵਾਲਾ ਇੱਕ ਮਹੱਤਵਪੂਰਨ ਕਾਰਕ ਹੈ। ਨਤੀਜੇ ਦਰਸਾਉਂਦੇ ਹਨ ਕਿ ਗੁਣਕ ਪਰਤ ਦੀ ਟੱਕਰ ਆਇਓਨਾਈਜ਼ੇਸ਼ਨ ਦਰ ਨੂੰ InGaAs (P) /InAlAs ਅਤੇ In (Al) GaAs/InAlAs ਸੁਪਰਲੈਟੀਸ ਬਣਤਰਾਂ ਨੂੰ ਪੇਸ਼ ਕਰਕੇ ਸੁਧਾਰਿਆ ਜਾ ਸਕਦਾ ਹੈ। ਸੁਪਰਲੈਟੀਸ ਬਣਤਰ ਦੀ ਵਰਤੋਂ ਕਰਕੇ, ਬੈਂਡ ਇੰਜਨੀਅਰਿੰਗ ਕੰਡਕਸ਼ਨ ਬੈਂਡ ਅਤੇ ਵੈਲੈਂਸ ਬੈਂਡ ਵੈਲਯੂਜ਼ ਦੇ ਵਿਚਕਾਰ ਅਸਮਮੈਟ੍ਰਿਕ ਬੈਂਡ ਕਿਨਾਰੇ ਦੀ ਵਿਘਨ ਨੂੰ ਨਕਲੀ ਤੌਰ 'ਤੇ ਨਿਯੰਤਰਿਤ ਕਰ ਸਕਦੀ ਹੈ, ਅਤੇ ਇਹ ਯਕੀਨੀ ਬਣਾ ਸਕਦੀ ਹੈ ਕਿ ਕੰਡਕਸ਼ਨ ਬੈਂਡ ਡਿਸਕੰਟੀਨਿਊਟੀ (ΔEc>>ΔEv) ਨਾਲੋਂ ਬਹੁਤ ਜ਼ਿਆਦਾ ਹੈ। InGaAs ਬਲਕ ਸਮੱਗਰੀਆਂ ਦੇ ਮੁਕਾਬਲੇ, InGaAs/InAlAs ਕੁਆਂਟਮ ਵੈਲ ਇਲੈਕਟ੍ਰੋਨ ਆਇਨਾਈਜ਼ੇਸ਼ਨ ਦਰ (a) ਮਹੱਤਵਪੂਰਨ ਤੌਰ 'ਤੇ ਵਧੀ ਹੈ, ਅਤੇ ਇਲੈਕਟ੍ਰੌਨ ਅਤੇ ਛੇਕ ਵਾਧੂ ਊਰਜਾ ਪ੍ਰਾਪਤ ਕਰਦੇ ਹਨ। ΔEc>>ΔEv ਦੇ ਕਾਰਨ, ਇਹ ਉਮੀਦ ਕੀਤੀ ਜਾ ਸਕਦੀ ਹੈ ਕਿ ਇਲੈਕਟ੍ਰੌਨਾਂ ਦੁਆਰਾ ਪ੍ਰਾਪਤ ਕੀਤੀ ਊਰਜਾ, ਹੋਲ ਆਇਓਨਾਈਜ਼ੇਸ਼ਨ ਦਰ (ਬੀ) ਵਿੱਚ ਮੋਰੀ ਊਰਜਾ ਦੇ ਯੋਗਦਾਨ ਨਾਲੋਂ ਇਲੈਕਟ੍ਰੌਨ ਆਇਨਾਈਜ਼ੇਸ਼ਨ ਦਰ ਨੂੰ ਬਹੁਤ ਜ਼ਿਆਦਾ ਵਧਾਉਂਦੀ ਹੈ। ਇਲੈਕਟ੍ਰੋਨ ਆਇਓਨਾਈਜ਼ੇਸ਼ਨ ਦਰ ਦਾ ਅਨੁਪਾਤ (k) ਹੋਲ ਆਇਓਨਾਈਜ਼ੇਸ਼ਨ ਦਰ ਵਧਦਾ ਹੈ। ਇਸ ਲਈ, ਉੱਚ ਲਾਭ-ਬੈਂਡਵਿਡਥ ਉਤਪਾਦ (GBW) ਅਤੇ ਘੱਟ ਰੌਲੇ ਦੀ ਕਾਰਗੁਜ਼ਾਰੀ ਨੂੰ ਸੁਪਰਲੈਟਿਕਸ ਢਾਂਚੇ ਨੂੰ ਲਾਗੂ ਕਰਕੇ ਪ੍ਰਾਪਤ ਕੀਤਾ ਜਾ ਸਕਦਾ ਹੈ। ਹਾਲਾਂਕਿ, ਇਹ InGaAs/InAlAs ਕੁਆਂਟਮ ਵੇਲ ਬਣਤਰ APD, ਜੋ k ਮੁੱਲ ਨੂੰ ਵਧਾ ਸਕਦਾ ਹੈ, ਆਪਟੀਕਲ ਰਿਸੀਵਰਾਂ 'ਤੇ ਲਾਗੂ ਕਰਨਾ ਮੁਸ਼ਕਲ ਹੈ। ਇਹ ਇਸ ਲਈ ਹੈ ਕਿਉਂਕਿ ਗੁਣਕ ਕਾਰਕ ਜੋ ਵੱਧ ਤੋਂ ਵੱਧ ਪ੍ਰਤੀਕਿਰਿਆਸ਼ੀਲਤਾ ਨੂੰ ਪ੍ਰਭਾਵਤ ਕਰਦਾ ਹੈ ਡਾਰਕ ਕਰੰਟ ਦੁਆਰਾ ਸੀਮਿਤ ਹੁੰਦਾ ਹੈ, ਗੁਣਕ ਸ਼ੋਰ ਦੁਆਰਾ ਨਹੀਂ। ਇਸ ਢਾਂਚੇ ਵਿੱਚ, ਹਨੇਰਾ ਕਰੰਟ ਮੁੱਖ ਤੌਰ 'ਤੇ ਇੱਕ ਤੰਗ ਬੈਂਡ ਗੈਪ ਦੇ ਨਾਲ InGaAs ਖੂਹ ਦੀ ਪਰਤ ਦੇ ਸੁਰੰਗ ਪ੍ਰਭਾਵ ਕਾਰਨ ਹੁੰਦਾ ਹੈ, ਇਸਲਈ ਖੂਹ ਦੀ ਪਰਤ ਵਜੋਂ InGaAs ਦੀ ਬਜਾਏ ਇੱਕ ਚੌੜਾ-ਬੈਂਡ ਗੈਪ ਕੁਆਟਰਨਰੀ ਅਲਾਏ, ਜਿਵੇਂ ਕਿ InGaAsP ਜਾਂ InAlGaAs ਦੀ ਸ਼ੁਰੂਆਤ। ਕੁਆਂਟਮ ਖੂਹ ਦੀ ਬਣਤਰ ਡਾਰਕ ਕਰੰਟ ਨੂੰ ਦਬਾ ਸਕਦੀ ਹੈ।