ಹಿಮಪಾತದ ಫೋಟೊಡೆಕ್ಟರ್ (APD ಫೋಟೊಡೆಕ್ಟರ್) ಭಾಗ ಎರಡು ತತ್ವ ಮತ್ತು ಪ್ರಸ್ತುತ ಪರಿಸ್ಥಿತಿ

ತತ್ವ ಮತ್ತು ಪ್ರಸ್ತುತ ಪರಿಸ್ಥಿತಿಹಿಮಪಾತದ ಫೋಟೊಡೆಕ್ಟರ್ (ಎಪಿಡಿ ಫೋಟೊಡೆಕ್ಟರ್) ಭಾಗ ಎರಡು

2.2 APD ಚಿಪ್ ರಚನೆ
ಸಮಂಜಸವಾದ ಚಿಪ್ ರಚನೆಯು ಹೆಚ್ಚಿನ ಕಾರ್ಯಕ್ಷಮತೆಯ ಸಾಧನಗಳ ಮೂಲ ಖಾತರಿಯಾಗಿದೆ. APD ಯ ರಚನಾತ್ಮಕ ವಿನ್ಯಾಸವು ಮುಖ್ಯವಾಗಿ RC ಸಮಯದ ಸ್ಥಿರತೆ, ಹೆಟೆರೊಜಂಕ್ಷನ್‌ನಲ್ಲಿ ರಂಧ್ರ ಸೆರೆಹಿಡಿಯುವಿಕೆ, ಸವಕಳಿ ಪ್ರದೇಶದ ಮೂಲಕ ವಾಹಕ ಸಾಗಣೆ ಸಮಯ ಮತ್ತು ಮುಂತಾದವುಗಳನ್ನು ಪರಿಗಣಿಸುತ್ತದೆ. ಅದರ ರಚನೆಯ ಅಭಿವೃದ್ಧಿಯನ್ನು ಕೆಳಗೆ ನೀಡಲಾಗಿದೆ:

(1) ಮೂಲ ರಚನೆ
ಸರಳವಾದ APD ರಚನೆಯು PIN ಫೋಟೊಡಿಯೋಡ್ ಅನ್ನು ಆಧರಿಸಿದೆ, P ಪ್ರದೇಶ ಮತ್ತು N ಪ್ರದೇಶವು ಹೆಚ್ಚು ಡೋಪ್ ಮಾಡಲ್ಪಟ್ಟಿದೆ ಮತ್ತು ದ್ವಿತೀಯ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್‌ಗಳು ಮತ್ತು ರಂಧ್ರವನ್ನು ಉತ್ಪಾದಿಸಲು N-ಟೈಪ್ ಅಥವಾ P-ಟೈಪ್ ದ್ವಿ-ನಿವಾರಕ ಪ್ರದೇಶವನ್ನು ಪಕ್ಕದ P ಪ್ರದೇಶ ಅಥವಾ N ಪ್ರದೇಶದಲ್ಲಿ ಪರಿಚಯಿಸಲಾಗುತ್ತದೆ. ಜೋಡಿಗಳು, ಆದ್ದರಿಂದ ಪ್ರಾಥಮಿಕ ದ್ಯುತಿಪ್ರವಾಹದ ವರ್ಧನೆಯನ್ನು ಅರಿತುಕೊಳ್ಳಲು. InP ಸರಣಿಯ ವಸ್ತುಗಳಿಗೆ, ರಂಧ್ರದ ಪ್ರಭಾವದ ಅಯಾನೀಕರಣ ಗುಣಾಂಕವು ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ ಪ್ರಭಾವದ ಅಯಾನೀಕರಣ ಗುಣಾಂಕಕ್ಕಿಂತ ಹೆಚ್ಚಿರುವುದರಿಂದ, N- ಮಾದರಿಯ ಡೋಪಿಂಗ್‌ನ ಲಾಭದ ಪ್ರದೇಶವನ್ನು ಸಾಮಾನ್ಯವಾಗಿ P ಪ್ರದೇಶದಲ್ಲಿ ಇರಿಸಲಾಗುತ್ತದೆ. ಆದರ್ಶ ಪರಿಸ್ಥಿತಿಯಲ್ಲಿ, ಕೇವಲ ರಂಧ್ರಗಳನ್ನು ಲಾಭದ ಪ್ರದೇಶಕ್ಕೆ ಚುಚ್ಚಲಾಗುತ್ತದೆ, ಆದ್ದರಿಂದ ಈ ರಚನೆಯನ್ನು ರಂಧ್ರ-ಇಂಜೆಕ್ಟೆಡ್ ರಚನೆ ಎಂದು ಕರೆಯಲಾಗುತ್ತದೆ.

(2) ಹೀರಿಕೊಳ್ಳುವಿಕೆ ಮತ್ತು ಲಾಭವನ್ನು ಪ್ರತ್ಯೇಕಿಸಲಾಗಿದೆ
InP ಯ ವೈಡ್ ಬ್ಯಾಂಡ್ ಗ್ಯಾಪ್ ಗುಣಲಕ್ಷಣಗಳಿಂದಾಗಿ (InP 1.35eV ಮತ್ತು InGaAs 0.75eV), InP ಅನ್ನು ಸಾಮಾನ್ಯವಾಗಿ ಗಳಿಕೆ ವಲಯ ವಸ್ತುವಾಗಿ ಮತ್ತು InGaA ಗಳನ್ನು ಹೀರಿಕೊಳ್ಳುವ ವಲಯ ವಸ್ತುವಾಗಿ ಬಳಸಲಾಗುತ್ತದೆ.

(3) ಹೀರಿಕೊಳ್ಳುವಿಕೆ, ಗ್ರೇಡಿಯಂಟ್ ಮತ್ತು ಗೇನ್ (SAGM) ರಚನೆಗಳನ್ನು ಕ್ರಮವಾಗಿ ಪ್ರಸ್ತಾಪಿಸಲಾಗಿದೆ
ಪ್ರಸ್ತುತ, ಹೆಚ್ಚಿನ ವಾಣಿಜ್ಯ APD ಸಾಧನಗಳು InP/InGaAs ವಸ್ತುವನ್ನು ಬಳಸುತ್ತವೆ, InGaA ಗಳನ್ನು ಹೀರಿಕೊಳ್ಳುವ ಪದರವಾಗಿ, InP ಅನ್ನು ಹೆಚ್ಚಿನ ವಿದ್ಯುತ್ ಕ್ಷೇತ್ರದ ಅಡಿಯಲ್ಲಿ (>5x105V/cm) ಸ್ಥಗಿತವಿಲ್ಲದೆ, ಲಾಭದ ವಲಯ ವಸ್ತುವಾಗಿ ಬಳಸಬಹುದು. ಈ ವಸ್ತುವಿಗಾಗಿ, ಈ ಎಪಿಡಿಯ ವಿನ್ಯಾಸವು ರಂಧ್ರಗಳ ಘರ್ಷಣೆಯಿಂದ ಎನ್-ಟೈಪ್ ಇನ್‌ಪಿಯಲ್ಲಿ ಹಿಮಪಾತ ಪ್ರಕ್ರಿಯೆಯು ರೂಪುಗೊಳ್ಳುತ್ತದೆ. InP ಮತ್ತು InGaA ಗಳ ನಡುವಿನ ಬ್ಯಾಂಡ್ ಅಂತರದಲ್ಲಿನ ದೊಡ್ಡ ವ್ಯತ್ಯಾಸವನ್ನು ಪರಿಗಣಿಸಿ, ವೇಲೆನ್ಸ್ ಬ್ಯಾಂಡ್‌ನಲ್ಲಿ ಸುಮಾರು 0.4eV ಶಕ್ತಿಯ ಮಟ್ಟದ ವ್ಯತ್ಯಾಸವು InGaAs ಹೀರಿಕೊಳ್ಳುವ ಪದರದಲ್ಲಿ ಉತ್ಪತ್ತಿಯಾಗುವ ರಂಧ್ರಗಳನ್ನು ಇನ್‌ಪಿ ಗುಣಕ ಪದರವನ್ನು ತಲುಪುವ ಮೊದಲು ಹೆಟೆರೊಜಂಕ್ಷನ್ ಅಂಚಿನಲ್ಲಿ ಅಡಚಣೆ ಮಾಡುತ್ತದೆ ಮತ್ತು ವೇಗವು ತುಂಬಾ ಹೆಚ್ಚಾಗಿರುತ್ತದೆ. ಕಡಿಮೆಯಾಗಿದೆ, ಇದರ ಪರಿಣಾಮವಾಗಿ ದೀರ್ಘ ಪ್ರತಿಕ್ರಿಯೆ ಸಮಯ ಮತ್ತು ಈ APD ಯ ಕಿರಿದಾದ ಬ್ಯಾಂಡ್‌ವಿಡ್ತ್. ಎರಡು ವಸ್ತುಗಳ ನಡುವೆ InGaAsP ಪರಿವರ್ತನೆ ಪದರವನ್ನು ಸೇರಿಸುವ ಮೂಲಕ ಈ ಸಮಸ್ಯೆಯನ್ನು ಪರಿಹರಿಸಬಹುದು.

(4) ಹೀರಿಕೊಳ್ಳುವಿಕೆ, ಗ್ರೇಡಿಯಂಟ್, ಚಾರ್ಜ್ ಮತ್ತು ಗೇನ್ (SAGCM) ರಚನೆಗಳನ್ನು ಕ್ರಮವಾಗಿ ಪ್ರಸ್ತಾಪಿಸಲಾಗಿದೆ
ಹೀರಿಕೊಳ್ಳುವ ಪದರ ಮತ್ತು ಗೇನ್ ಲೇಯರ್ನ ವಿದ್ಯುತ್ ಕ್ಷೇತ್ರದ ವಿತರಣೆಯನ್ನು ಮತ್ತಷ್ಟು ಸರಿಹೊಂದಿಸಲು, ಚಾರ್ಜ್ ಲೇಯರ್ ಅನ್ನು ಸಾಧನದ ವಿನ್ಯಾಸದಲ್ಲಿ ಪರಿಚಯಿಸಲಾಗುತ್ತದೆ, ಇದು ಸಾಧನದ ವೇಗ ಮತ್ತು ಪ್ರತಿಕ್ರಿಯೆಯನ್ನು ಹೆಚ್ಚು ಸುಧಾರಿಸುತ್ತದೆ.

(5) ರೆಸೋನೇಟರ್ ವರ್ಧಿತ (RCE) SAGCM ರಚನೆ
ಸಾಂಪ್ರದಾಯಿಕ ಶೋಧಕಗಳ ಮೇಲಿನ ಅತ್ಯುತ್ತಮ ವಿನ್ಯಾಸದಲ್ಲಿ, ಹೀರಿಕೊಳ್ಳುವ ಪದರದ ದಪ್ಪವು ಸಾಧನದ ವೇಗ ಮತ್ತು ಕ್ವಾಂಟಮ್ ದಕ್ಷತೆಗೆ ವಿರೋಧಾತ್ಮಕ ಅಂಶವಾಗಿದೆ ಎಂಬ ಅಂಶವನ್ನು ನಾವು ಎದುರಿಸಬೇಕಾಗುತ್ತದೆ. ಹೀರಿಕೊಳ್ಳುವ ಪದರದ ತೆಳುವಾದ ದಪ್ಪವು ಕ್ಯಾರಿಯರ್ ಸಾಗಣೆ ಸಮಯವನ್ನು ಕಡಿಮೆ ಮಾಡುತ್ತದೆ, ಆದ್ದರಿಂದ ದೊಡ್ಡ ಬ್ಯಾಂಡ್ವಿಡ್ತ್ ಅನ್ನು ಪಡೆಯಬಹುದು. ಆದಾಗ್ಯೂ, ಅದೇ ಸಮಯದಲ್ಲಿ, ಹೆಚ್ಚಿನ ಕ್ವಾಂಟಮ್ ದಕ್ಷತೆಯನ್ನು ಪಡೆಯಲು, ಹೀರಿಕೊಳ್ಳುವ ಪದರವು ಸಾಕಷ್ಟು ದಪ್ಪವನ್ನು ಹೊಂದಿರಬೇಕು. ಈ ಸಮಸ್ಯೆಗೆ ಪರಿಹಾರವು ಅನುರಣನ ಕುಹರದ (RCE) ರಚನೆಯಾಗಿರಬಹುದು, ಅಂದರೆ, ವಿತರಿಸಲಾದ ಬ್ರಾಗ್ ರಿಫ್ಲೆಕ್ಟರ್ (DBR) ಅನ್ನು ಸಾಧನದ ಕೆಳಭಾಗದಲ್ಲಿ ಮತ್ತು ಮೇಲ್ಭಾಗದಲ್ಲಿ ವಿನ್ಯಾಸಗೊಳಿಸಲಾಗಿದೆ. DBR ಕನ್ನಡಿಯು ರಚನೆಯಲ್ಲಿ ಕಡಿಮೆ ವಕ್ರೀಕಾರಕ ಸೂಚ್ಯಂಕ ಮತ್ತು ಹೆಚ್ಚಿನ ವಕ್ರೀಕಾರಕ ಸೂಚಿಯನ್ನು ಹೊಂದಿರುವ ಎರಡು ರೀತಿಯ ವಸ್ತುಗಳನ್ನು ಒಳಗೊಂಡಿದೆ, ಮತ್ತು ಎರಡು ಪರ್ಯಾಯವಾಗಿ ಬೆಳೆಯುತ್ತವೆ ಮತ್ತು ಪ್ರತಿ ಪದರದ ದಪ್ಪವು ಅರೆವಾಹಕದಲ್ಲಿನ ಘಟನೆಯ ಬೆಳಕಿನ ತರಂಗಾಂತರ 1/4 ಅನ್ನು ಭೇಟಿ ಮಾಡುತ್ತದೆ. ಡಿಟೆಕ್ಟರ್‌ನ ಅನುರಣಕ ರಚನೆಯು ವೇಗದ ಅವಶ್ಯಕತೆಗಳನ್ನು ಪೂರೈಸುತ್ತದೆ, ಹೀರಿಕೊಳ್ಳುವ ಪದರದ ದಪ್ಪವನ್ನು ತುಂಬಾ ತೆಳ್ಳಗೆ ಮಾಡಬಹುದು ಮತ್ತು ಹಲವಾರು ಪ್ರತಿಫಲನಗಳ ನಂತರ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್‌ನ ಕ್ವಾಂಟಮ್ ದಕ್ಷತೆಯು ಹೆಚ್ಚಾಗುತ್ತದೆ.

(6) ಎಡ್ಜ್-ಕಪಲ್ಡ್ ವೇವ್‌ಗೈಡ್ ರಚನೆ (WG-APD)
ಸಾಧನದ ವೇಗ ಮತ್ತು ಕ್ವಾಂಟಮ್ ದಕ್ಷತೆಯ ಮೇಲೆ ಹೀರಿಕೊಳ್ಳುವ ಪದರದ ದಪ್ಪದ ವಿಭಿನ್ನ ಪರಿಣಾಮಗಳ ವಿರೋಧಾಭಾಸವನ್ನು ಪರಿಹರಿಸಲು ಮತ್ತೊಂದು ಪರಿಹಾರವೆಂದರೆ ಎಡ್ಜ್-ಕಪಲ್ಡ್ ವೇವ್‌ಗೈಡ್ ರಚನೆಯನ್ನು ಪರಿಚಯಿಸುವುದು. ಈ ರಚನೆಯು ಬದಿಯಿಂದ ಬೆಳಕನ್ನು ಪ್ರವೇಶಿಸುತ್ತದೆ, ಏಕೆಂದರೆ ಹೀರಿಕೊಳ್ಳುವ ಪದರವು ತುಂಬಾ ಉದ್ದವಾಗಿದೆ, ಹೆಚ್ಚಿನ ಕ್ವಾಂಟಮ್ ದಕ್ಷತೆಯನ್ನು ಪಡೆಯುವುದು ಸುಲಭ, ಮತ್ತು ಅದೇ ಸಮಯದಲ್ಲಿ, ಹೀರಿಕೊಳ್ಳುವ ಪದರವನ್ನು ತುಂಬಾ ತೆಳ್ಳಗೆ ಮಾಡಬಹುದು, ವಾಹಕ ಸಾಗಣೆ ಸಮಯವನ್ನು ಕಡಿಮೆ ಮಾಡುತ್ತದೆ. ಆದ್ದರಿಂದ, ಈ ರಚನೆಯು ಹೀರಿಕೊಳ್ಳುವ ಪದರದ ದಪ್ಪದ ಮೇಲೆ ಬ್ಯಾಂಡ್‌ವಿಡ್ತ್ ಮತ್ತು ದಕ್ಷತೆಯ ವಿಭಿನ್ನ ಅವಲಂಬನೆಯನ್ನು ಪರಿಹರಿಸುತ್ತದೆ ಮತ್ತು ಹೆಚ್ಚಿನ ದರ ಮತ್ತು ಹೆಚ್ಚಿನ ಕ್ವಾಂಟಮ್ ದಕ್ಷತೆಯ APD ಅನ್ನು ಸಾಧಿಸುವ ನಿರೀಕ್ಷೆಯಿದೆ. WG-APD ಯ ಪ್ರಕ್ರಿಯೆಯು RCE APD ಗಿಂತ ಸರಳವಾಗಿದೆ, ಇದು DBR ಕನ್ನಡಿಯ ಸಂಕೀರ್ಣ ತಯಾರಿ ಪ್ರಕ್ರಿಯೆಯನ್ನು ತೆಗೆದುಹಾಕುತ್ತದೆ. ಆದ್ದರಿಂದ, ಇದು ಪ್ರಾಯೋಗಿಕ ಕ್ಷೇತ್ರದಲ್ಲಿ ಹೆಚ್ಚು ಕಾರ್ಯಸಾಧ್ಯವಾಗಿದೆ ಮತ್ತು ಸಾಮಾನ್ಯ ಪ್ಲೇನ್ ಆಪ್ಟಿಕಲ್ ಸಂಪರ್ಕಕ್ಕೆ ಸೂಕ್ತವಾಗಿದೆ.

3. ತೀರ್ಮಾನ
ಹಿಮಪಾತದ ಅಭಿವೃದ್ಧಿಫೋಟೋ ಡಿಟೆಕ್ಟರ್ವಸ್ತುಗಳು ಮತ್ತು ಸಾಧನಗಳನ್ನು ಪರಿಶೀಲಿಸಲಾಗುತ್ತದೆ. InP ವಸ್ತುಗಳ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ ಮತ್ತು ರಂಧ್ರದ ಘರ್ಷಣೆಯ ಅಯಾನೀಕರಣದ ದರಗಳು InAlAs ಗೆ ಹತ್ತಿರದಲ್ಲಿವೆ, ಇದು ಎರಡು ವಾಹಕ ಸಹಜೀವನಗಳ ದ್ವಿಗುಣ ಪ್ರಕ್ರಿಯೆಗೆ ಕಾರಣವಾಗುತ್ತದೆ, ಇದು ಹಿಮಪಾತವನ್ನು ನಿರ್ಮಿಸುವ ಸಮಯವನ್ನು ಹೆಚ್ಚಿಸುತ್ತದೆ ಮತ್ತು ಶಬ್ದವನ್ನು ಹೆಚ್ಚಿಸುತ್ತದೆ. ಶುದ್ಧ InAlAs ವಸ್ತುಗಳಿಗೆ ಹೋಲಿಸಿದರೆ, InGaAs (P) /InAlAs ಮತ್ತು In (Al) GaAs/InAlAs ಕ್ವಾಂಟಮ್ ವೆಲ್ ರಚನೆಗಳು ಘರ್ಷಣೆ ಅಯಾನೀಕರಣ ಗುಣಾಂಕಗಳ ಹೆಚ್ಚಿನ ಅನುಪಾತವನ್ನು ಹೊಂದಿವೆ, ಆದ್ದರಿಂದ ಶಬ್ದ ಕಾರ್ಯಕ್ಷಮತೆಯನ್ನು ಬಹಳವಾಗಿ ಬದಲಾಯಿಸಬಹುದು. ರಚನೆಯ ಪರಿಭಾಷೆಯಲ್ಲಿ, ಸಾಧನದ ವೇಗ ಮತ್ತು ಕ್ವಾಂಟಮ್ ದಕ್ಷತೆಯ ಮೇಲೆ ಹೀರಿಕೊಳ್ಳುವ ಪದರದ ದಪ್ಪದ ವಿಭಿನ್ನ ಪರಿಣಾಮಗಳ ವಿರೋಧಾಭಾಸಗಳನ್ನು ಪರಿಹರಿಸಲು ಅನುರಣಕ ವರ್ಧಿತ (RCE) SAGCM ರಚನೆ ಮತ್ತು ಎಡ್ಜ್-ಕಪಲ್ಡ್ ವೇವ್‌ಗೈಡ್ ರಚನೆಯನ್ನು (WG-APD) ಅಭಿವೃದ್ಧಿಪಡಿಸಲಾಗಿದೆ. ಪ್ರಕ್ರಿಯೆಯ ಸಂಕೀರ್ಣತೆಯಿಂದಾಗಿ, ಈ ಎರಡು ರಚನೆಗಳ ಸಂಪೂರ್ಣ ಪ್ರಾಯೋಗಿಕ ಅಪ್ಲಿಕೇಶನ್ ಅನ್ನು ಮತ್ತಷ್ಟು ಅನ್ವೇಷಿಸಬೇಕಾಗಿದೆ.