ਐਵਲੈੰਫਲੈਂਜ ਫੋਟੋਡਿਟੈਕਟਰ (ਏਪੀਡੀ ਫੋਟੋਡਿਟੈਕਟਰ) ਭਾਗ ਪਹਿਲਾ ਦਾ ਸਿਧਾਂਤ ਅਤੇ ਮੌਜੂਦਾ ਸਥਿਤੀ

ਸਾਰ: ਐਵਲੈੰਚ ਫੋਟੋਡਿਟੈਕਟਰ ਦੀ ਮੁੱਢਲੀ ਬਣਤਰ ਅਤੇ ਕਾਰਜਸ਼ੀਲ ਸਿਧਾਂਤ (APD ਫੋਟੋਡਿਟੈਕਟਰ) ਪੇਸ਼ ਕੀਤੇ ਜਾਂਦੇ ਹਨ, ਡਿਵਾਈਸ ਢਾਂਚੇ ਦੀ ਵਿਕਾਸ ਪ੍ਰਕਿਰਿਆ ਦਾ ਵਿਸ਼ਲੇਸ਼ਣ ਕੀਤਾ ਜਾਂਦਾ ਹੈ, ਮੌਜੂਦਾ ਖੋਜ ਸਥਿਤੀ ਦਾ ਸਾਰ ਦਿੱਤਾ ਜਾਂਦਾ ਹੈ, ਅਤੇ APD ਦੇ ਭਵਿੱਖੀ ਵਿਕਾਸ ਦਾ ਸੰਭਾਵੀ ਅਧਿਐਨ ਕੀਤਾ ਜਾਂਦਾ ਹੈ।

1. ਜਾਣ-ਪਛਾਣ
ਇੱਕ ਫੋਟੋਡਿਟੈਕਟਰ ਇੱਕ ਅਜਿਹਾ ਯੰਤਰ ਹੈ ਜੋ ਪ੍ਰਕਾਸ਼ ਸਿਗਨਲਾਂ ਨੂੰ ਬਿਜਲੀ ਸਿਗਨਲਾਂ ਵਿੱਚ ਬਦਲਦਾ ਹੈ। ਇੱਕ ਵਿੱਚਸੈਮੀਕੰਡਕਟਰ ਫੋਟੋਡਿਟੈਕਟਰ, ਘਟਨਾ ਦੁਆਰਾ ਉਤਸ਼ਾਹਿਤ ਫੋਟੋਨ ਲਾਗੂ ਕੀਤੇ ਬਾਈਸ ਵੋਲਟੇਜ ਦੇ ਅਧੀਨ ਬਾਹਰੀ ਸਰਕਟ ਵਿੱਚ ਦਾਖਲ ਹੁੰਦਾ ਹੈ ਅਤੇ ਇੱਕ ਮਾਪਣਯੋਗ ਫੋਟੋਕਰੰਟ ਬਣਾਉਂਦਾ ਹੈ। ਵੱਧ ਤੋਂ ਵੱਧ ਪ੍ਰਤੀਕਿਰਿਆ 'ਤੇ ਵੀ, ਇੱਕ PIN ਫੋਟੋਡੀਓਡ ਵੱਧ ਤੋਂ ਵੱਧ ਸਿਰਫ ਇਲੈਕਟ੍ਰੌਨ-ਹੋਲ ਜੋੜਿਆਂ ਦਾ ਇੱਕ ਜੋੜਾ ਪੈਦਾ ਕਰ ਸਕਦਾ ਹੈ, ਜੋ ਕਿ ਅੰਦਰੂਨੀ ਲਾਭ ਤੋਂ ਬਿਨਾਂ ਇੱਕ ਉਪਕਰਣ ਹੈ। ਵਧੇਰੇ ਪ੍ਰਤੀਕਿਰਿਆ ਲਈ, ਇੱਕ ਐਵਲੈਂਚਮੈਂਟ ਫੋਟੋਡੀਓਡ (APD) ਦੀ ਵਰਤੋਂ ਕੀਤੀ ਜਾ ਸਕਦੀ ਹੈ। ਫੋਟੋਕਰੰਟ 'ਤੇ APD ਦਾ ਐਂਪਲੀਫਿਕੇਸ਼ਨ ਪ੍ਰਭਾਵ ਆਇਓਨਾਈਜ਼ੇਸ਼ਨ ਟੱਕਰ ਪ੍ਰਭਾਵ 'ਤੇ ਅਧਾਰਤ ਹੈ। ਕੁਝ ਸਥਿਤੀਆਂ ਦੇ ਅਧੀਨ, ਪ੍ਰਵੇਗਿਤ ਇਲੈਕਟ੍ਰੌਨ ਅਤੇ ਛੇਕ ਇਲੈਕਟ੍ਰੌਨ-ਹੋਲ ਜੋੜਿਆਂ ਦੀ ਇੱਕ ਨਵੀਂ ਜੋੜੀ ਪੈਦਾ ਕਰਨ ਲਈ ਜਾਲੀ ਨਾਲ ਟਕਰਾਉਣ ਲਈ ਕਾਫ਼ੀ ਊਰਜਾ ਪ੍ਰਾਪਤ ਕਰ ਸਕਦੇ ਹਨ। ਇਹ ਪ੍ਰਕਿਰਿਆ ਇੱਕ ਚੇਨ ਪ੍ਰਤੀਕ੍ਰਿਆ ਹੈ, ਤਾਂ ਜੋ ਪ੍ਰਕਾਸ਼ ਸੋਖਣ ਦੁਆਰਾ ਪੈਦਾ ਕੀਤੇ ਗਏ ਇਲੈਕਟ੍ਰੌਨ-ਹੋਲ ਜੋੜਿਆਂ ਦੀ ਜੋੜੀ ਵੱਡੀ ਗਿਣਤੀ ਵਿੱਚ ਇਲੈਕਟ੍ਰੌਨ-ਹੋਲ ਜੋੜਿਆਂ ਦਾ ਉਤਪਾਦਨ ਕਰ ਸਕਦੀ ਹੈ ਅਤੇ ਇੱਕ ਵੱਡਾ ਸੈਕੰਡਰੀ ਫੋਟੋਕਰੰਟ ਬਣਾ ਸਕਦੀ ਹੈ। ਇਸ ਲਈ, APD ਵਿੱਚ ਉੱਚ ਪ੍ਰਤੀਕਿਰਿਆ ਅਤੇ ਅੰਦਰੂਨੀ ਲਾਭ ਹੈ, ਜੋ ਡਿਵਾਈਸ ਦੇ ਸਿਗਨਲ-ਤੋਂ-ਸ਼ੋਰ ਅਨੁਪਾਤ ਨੂੰ ਬਿਹਤਰ ਬਣਾਉਂਦਾ ਹੈ। APD ਮੁੱਖ ਤੌਰ 'ਤੇ ਪ੍ਰਾਪਤ ਆਪਟੀਕਲ ਪਾਵਰ 'ਤੇ ਹੋਰ ਸੀਮਾਵਾਂ ਦੇ ਨਾਲ ਲੰਬੀ-ਦੂਰੀ ਜਾਂ ਛੋਟੇ ਆਪਟੀਕਲ ਫਾਈਬਰ ਸੰਚਾਰ ਪ੍ਰਣਾਲੀਆਂ ਵਿੱਚ ਵਰਤਿਆ ਜਾਵੇਗਾ। ਇਸ ਵੇਲੇ, ਬਹੁਤ ਸਾਰੇ ਆਪਟੀਕਲ ਡਿਵਾਈਸ ਮਾਹਰ APD ਦੀਆਂ ਸੰਭਾਵਨਾਵਾਂ ਬਾਰੇ ਬਹੁਤ ਆਸ਼ਾਵਾਦੀ ਹਨ, ਅਤੇ ਮੰਨਦੇ ਹਨ ਕਿ ਸੰਬੰਧਿਤ ਖੇਤਰਾਂ ਦੀ ਅੰਤਰਰਾਸ਼ਟਰੀ ਮੁਕਾਬਲੇਬਾਜ਼ੀ ਨੂੰ ਵਧਾਉਣ ਲਈ APD ਦੀ ਖੋਜ ਜ਼ਰੂਰੀ ਹੈ।

2. ਦਾ ਤਕਨੀਕੀ ਵਿਕਾਸਐਵਲੈਂਡ ਫੋਟੋਡਿਟੈਕਟਰ(ਏਪੀਡੀ ਫੋਟੋਡਿਟੈਕਟਰ)

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 ਡਿਵਾਈਸਾਂ ਦੀ ਤਿਆਰੀ ਲਈ ਢੁਕਵੀਂ ਨਹੀਂ ਹੈ ਜੋ ਆਮ ਤੌਰ 'ਤੇ ਆਪਟੀਕਲ ਸੰਚਾਰ ਦੇ ਖੇਤਰ ਵਿੱਚ ਸਵੀਕਾਰ ਕੀਤੇ ਜਾਂਦੇ ਹਨ।

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

(3)In0.53Ga0.47As/InP
APD ਦੀ ਪ੍ਰਕਾਸ਼ ਸੋਖਣ ਪਰਤ ਵਜੋਂ In0.53Ga0.47As ਅਤੇ ਗੁਣਕ ਪਰਤ ਵਜੋਂ InP ਦੀ ਚੋਣ ਕਰਨਾ ਇੱਕ ਪ੍ਰਭਾਵਸ਼ਾਲੀ ਤਰੀਕਾ ਹੈ। In0.53Ga0.47As ਸਮੱਗਰੀ ਦੀ ਸੋਖਣ ਸਿਖਰ 1.65mm, 1.31mm, 1.55mm ਤਰੰਗ-ਲੰਬਾਈ ਲਗਭਗ 104cm-1 ਉੱਚ ਸੋਖਣ ਗੁਣਾਂਕ ਹੈ, ਜੋ ਕਿ ਵਰਤਮਾਨ ਵਿੱਚ ਪ੍ਰਕਾਸ਼ ਡਿਟੈਕਟਰ ਦੀ ਸੋਖਣ ਪਰਤ ਲਈ ਤਰਜੀਹੀ ਸਮੱਗਰੀ ਹੈ।

(4)InGaAs ਫੋਟੋਡਿਟੈਕਟਰ/ਵਿੱਚਫੋਟੋਡਿਟੈਕਟਰ
InGaAsP ਨੂੰ ਪ੍ਰਕਾਸ਼ ਸੋਖਣ ਵਾਲੀ ਪਰਤ ਵਜੋਂ ਅਤੇ InP ਨੂੰ ਗੁਣਕ ਪਰਤ ਵਜੋਂ ਚੁਣ ਕੇ, 1-1.4mm ਦੀ ਪ੍ਰਤੀਕਿਰਿਆ ਤਰੰਗ-ਲੰਬਾਈ, ਉੱਚ ਕੁਆਂਟਮ ਕੁਸ਼ਲਤਾ, ਘੱਟ ਡਾਰਕ ਕਰੰਟ ਅਤੇ ਉੱਚ ਐਵਲੈੰਥਨ ਲਾਭ ਵਾਲਾ APD ਤਿਆਰ ਕੀਤਾ ਜਾ ਸਕਦਾ ਹੈ। ਵੱਖ-ਵੱਖ ਮਿਸ਼ਰਤ ਹਿੱਸਿਆਂ 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 ਇਹ 1.55mm ਦੀ ਤਰੰਗ-ਲੰਬਾਈ ਰੇਂਜ 'ਤੇ ਸੋਖ ਨਹੀਂ ਸਕਦਾ। ਇਸ ਗੱਲ ਦਾ ਸਬੂਤ ਹੈ ਕਿ ਪਤਲੀ In0.52Al0.48A ਐਪੀਟੈਕਸੀਅਲ ਪਰਤ ਸ਼ੁੱਧ ਇਲੈਕਟ੍ਰੌਨ ਇੰਜੈਕਸ਼ਨ ਦੀ ਸਥਿਤੀ ਵਿੱਚ ਗੁਣਕ ਪਰਤ ਦੇ ਰੂਪ ਵਿੱਚ InP ਨਾਲੋਂ ਬਿਹਤਰ ਲਾਭ ਵਿਸ਼ੇਸ਼ਤਾਵਾਂ ਪ੍ਰਾਪਤ ਕਰ ਸਕਦੀ ਹੈ।

(6)InGaAs/InGaAs (P) /InAlAs ਅਤੇ InGaAs/In (Al) GaAs/InAlAs
ਸਮੱਗਰੀ ਦੀ ਪ੍ਰਭਾਵ ਆਇਓਨਾਈਜ਼ੇਸ਼ਨ 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 ਸੁਪਰਲੈਟਿਸ ਬਣਤਰਾਂ ਨੂੰ ਪੇਸ਼ ਕਰਕੇ ਸੁਧਾਰਿਆ ਜਾ ਸਕਦਾ ਹੈ। ਸੁਪਰਲੈਟਿਸ ਬਣਤਰ ਦੀ ਵਰਤੋਂ ਕਰਕੇ, ਬੈਂਡ ਇੰਜੀਨੀਅਰਿੰਗ ਸੰਚਾਲਨ ਬੈਂਡ ਅਤੇ ਵੈਲੈਂਸ ਬੈਂਡ ਮੁੱਲਾਂ ਵਿਚਕਾਰ ਅਸਮਿਤ ਬੈਂਡ ਕਿਨਾਰੇ ਦੀ ਵਿਘਨਤਾ ਨੂੰ ਨਕਲੀ ਤੌਰ 'ਤੇ ਨਿਯੰਤਰਿਤ ਕਰ ਸਕਦੀ ਹੈ, ਅਤੇ ਇਹ ਯਕੀਨੀ ਬਣਾ ਸਕਦੀ ਹੈ ਕਿ ਸੰਚਾਲਨ ਬੈਂਡ ਵਿਘਨਤਾ ਵੈਲੈਂਸ ਬੈਂਡ ਵਿਘਨਤਾ (ΔEc>>ΔEv) ਨਾਲੋਂ ਬਹੁਤ ਵੱਡੀ ਹੈ। InGaAs ਬਲਕ ਸਮੱਗਰੀਆਂ ਦੇ ਮੁਕਾਬਲੇ, InGaAs/InAlAs ਕੁਆਂਟਮ ਵੈੱਲ ਇਲੈਕਟ੍ਰੌਨ ਆਇਓਨਾਈਜ਼ੇਸ਼ਨ ਦਰ (a) ਕਾਫ਼ੀ ਵਧ ਗਈ 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 ਇਲੈਕਟ੍ਰੌਨ ਆਇਓਨਾਈਜ਼ੇਸ਼ਨ ਦਰ ਨੂੰ ਹੋਲ ਆਇਓਨਾਈਜ਼ੇਸ਼ਨ ਦਰ (b) ਵਿੱਚ ਹੋਲ ਊਰਜਾ ਦੇ ਯੋਗਦਾਨ ਨਾਲੋਂ ਬਹੁਤ ਜ਼ਿਆਦਾ ਵਧਾਉਂਦੀ ਹੈ। ਇਲੈਕਟ੍ਰੌਨ ਆਇਓਨਾਈਜ਼ੇਸ਼ਨ ਦਰ ਦਾ ਹੋਲ ਆਇਓਨਾਈਜ਼ੇਸ਼ਨ ਦਰ ਨਾਲ ਅਨੁਪਾਤ (k) ਵਧਦਾ ਹੈ। ਇਸ ਲਈ, ਸੁਪਰਲੈਟੀਸ ਸਟ੍ਰਕਚਰ ਲਾਗੂ ਕਰਕੇ ਉੱਚ ਲਾਭ-ਬੈਂਡਵਿਡਥ ਉਤਪਾਦ (GBW) ਅਤੇ ਘੱਟ ਸ਼ੋਰ ਪ੍ਰਦਰਸ਼ਨ ਪ੍ਰਾਪਤ ਕੀਤਾ ਜਾ ਸਕਦਾ ਹੈ। ਹਾਲਾਂਕਿ, ਇਹ InGaAs/InAlAs ਕੁਆਂਟਮ ਵੈੱਲ ਸਟ੍ਰਕਚਰ APD, ਜੋ ਕਿ k ਮੁੱਲ ਨੂੰ ਵਧਾ ਸਕਦਾ ਹੈ, ਆਪਟੀਕਲ ਰਿਸੀਵਰਾਂ 'ਤੇ ਲਾਗੂ ਕਰਨਾ ਮੁਸ਼ਕਲ ਹੈ। ਇਹ ਇਸ ਲਈ ਹੈ ਕਿਉਂਕਿ ਵੱਧ ਤੋਂ ਵੱਧ ਪ੍ਰਤੀਕਿਰਿਆ ਨੂੰ ਪ੍ਰਭਾਵਿਤ ਕਰਨ ਵਾਲਾ ਗੁਣਕ ਕਾਰਕ ਡਾਰਕ ਕਰੰਟ ਦੁਆਰਾ ਸੀਮਿਤ ਹੁੰਦਾ ਹੈ, ਗੁਣਕ ਸ਼ੋਰ ਦੁਆਰਾ ਨਹੀਂ। ਇਸ ਢਾਂਚੇ ਵਿੱਚ, ਡਾਰਕ ਕਰੰਟ ਮੁੱਖ ਤੌਰ 'ਤੇ ਇੱਕ ਤੰਗ ਬੈਂਡ ਗੈਪ ਵਾਲੀ InGaAs ਵੈੱਲ ਲੇਅਰ ਦੇ ਟਨਲਿੰਗ ਪ੍ਰਭਾਵ ਕਾਰਨ ਹੁੰਦਾ ਹੈ, ਇਸ ਲਈ ਕੁਆਂਟਮ ਵੈੱਲ ਸਟ੍ਰਕਚਰ ਦੀ ਵੈੱਲ ਲੇਅਰ ਵਜੋਂ InGaAs ਦੀ ਬਜਾਏ ਇੱਕ ਵਾਈਡ-ਬੈਂਡ ਗੈਪ ਕੁਆਟਰਨਰੀ ਅਲਾਏ, ਜਿਵੇਂ ਕਿ InGaAsP ਜਾਂ InAlGaAs ਦੀ ਸ਼ੁਰੂਆਤ ਡਾਰਕ ਕਰੰਟ ਨੂੰ ਦਬਾ ਸਕਦੀ ਹੈ।