ಹಿಮಪಾತ ಫೋಟೊಡೆಕ್ಟರ್ (APD ಫೋಟೊಡೆಕ್ಟರ್) ನ ತತ್ವ ಮತ್ತು ಪ್ರಸ್ತುತ ಪರಿಸ್ಥಿತಿ ಭಾಗ ಎರಡು

ತತ್ವ ಮತ್ತು ಪ್ರಸ್ತುತ ಪರಿಸ್ಥಿತಿಹಿಮಪಾತ ದ್ಯುತಿಶೋಧಕ (APD ಫೋಟೋಡೆಕ್ಟರ್) 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 ಇತ್ಯಾದಿಗಳನ್ನು ಪರಿಗಣಿಸುತ್ತದೆ. ಅದರ ರಚನೆಯ ಅಭಿವೃದ್ಧಿಯನ್ನು ಕೆಳಗೆ ಸಂಕ್ಷೇಪಿಸಲಾಗಿದೆ:

(1) ಮೂಲ ರಚನೆ
ಸರಳವಾದ APD ರಚನೆಯು PIN ಫೋಟೊಡಿಯೋಡ್ ಅನ್ನು ಆಧರಿಸಿದೆ, P ಪ್ರದೇಶ ಮತ್ತು N ಪ್ರದೇಶವು ಹೆಚ್ಚು ಡೋಪ್ ಮಾಡಲ್ಪಟ್ಟಿದೆ ಮತ್ತು ಪ್ರಾಥಮಿಕ ಫೋಟೊಕರೆಂಟ್‌ನ ವರ್ಧನೆಯನ್ನು ಅರಿತುಕೊಳ್ಳಲು ದ್ವಿತೀಯ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್‌ಗಳು ಮತ್ತು ರಂಧ್ರ ಜೋಡಿಗಳನ್ನು ಉತ್ಪಾದಿಸಲು N-ಟೈಪ್ ಅಥವಾ P-ಟೈಪ್ ಡಬಲ್-ರಿಪೆಲ್ಲಂಟ್ ಪ್ರದೇಶವನ್ನು ಪಕ್ಕದ P ಪ್ರದೇಶ ಅಥವಾ N ಪ್ರದೇಶದಲ್ಲಿ ಪರಿಚಯಿಸಲಾಗುತ್ತದೆ. InP ಸರಣಿಯ ವಸ್ತುಗಳಿಗೆ, ರಂಧ್ರ ಪ್ರಭಾವ ಅಯಾನೀಕರಣ ಗುಣಾಂಕವು ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ ಪ್ರಭಾವ ಅಯಾನೀಕರಣ ಗುಣಾಂಕಕ್ಕಿಂತ ಹೆಚ್ಚಿರುವುದರಿಂದ, N-ಟೈಪ್ ಡೋಪಿಂಗ್‌ನ ಲಾಭ ಪ್ರದೇಶವನ್ನು ಸಾಮಾನ್ಯವಾಗಿ P ಪ್ರದೇಶದಲ್ಲಿ ಇರಿಸಲಾಗುತ್ತದೆ. ಆದರ್ಶ ಪರಿಸ್ಥಿತಿಯಲ್ಲಿ, ಗೇನ್ ಪ್ರದೇಶಕ್ಕೆ ರಂಧ್ರಗಳನ್ನು ಮಾತ್ರ ಇಂಜೆಕ್ಟ್ ಮಾಡಲಾಗುತ್ತದೆ, ಆದ್ದರಿಂದ ಈ ರಚನೆಯನ್ನು ರಂಧ್ರ-ಇಂಜೆಕ್ಟ್ ರಚನೆ ಎಂದು ಕರೆಯಲಾಗುತ್ತದೆ.

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

(3) ಹೀರಿಕೊಳ್ಳುವಿಕೆ, ಗ್ರೇಡಿಯಂಟ್ ಮತ್ತು ಲಾಭ (SAGM) ರಚನೆಗಳನ್ನು ಕ್ರಮವಾಗಿ ಪ್ರಸ್ತಾಪಿಸಲಾಗಿದೆ
ಪ್ರಸ್ತುತ, ಹೆಚ್ಚಿನ ವಾಣಿಜ್ಯ APD ಸಾಧನಗಳು InP/InGaAs ವಸ್ತುವನ್ನು ಬಳಸುತ್ತವೆ, ಹೀರಿಕೊಳ್ಳುವ ಪದರವಾಗಿ InGaAs, ಸ್ಥಗಿತವಿಲ್ಲದೆ ಹೆಚ್ಚಿನ ವಿದ್ಯುತ್ ಕ್ಷೇತ್ರದ ಅಡಿಯಲ್ಲಿ (>5x105V/cm) InP ಅನ್ನು ಲಾಭ ವಲಯ ವಸ್ತುವಾಗಿ ಬಳಸಬಹುದು. ಈ ವಸ್ತುವಿಗೆ, ಈ APD ಯ ವಿನ್ಯಾಸವೆಂದರೆ N- ಪ್ರಕಾರದ InP ನಲ್ಲಿ ರಂಧ್ರಗಳ ಘರ್ಷಣೆಯಿಂದ ಹಿಮಪಾತ ಪ್ರಕ್ರಿಯೆಯು ರೂಪುಗೊಳ್ಳುತ್ತದೆ. InP ಮತ್ತು InGaAs ನಡುವಿನ ಬ್ಯಾಂಡ್ ಅಂತರದಲ್ಲಿನ ದೊಡ್ಡ ವ್ಯತ್ಯಾಸವನ್ನು ಪರಿಗಣಿಸಿ, ವೇಲೆನ್ಸ್ ಬ್ಯಾಂಡ್‌ನಲ್ಲಿ ಸುಮಾರು 0.4eV ಶಕ್ತಿಯ ಮಟ್ಟದ ವ್ಯತ್ಯಾಸವು InGaAs ಹೀರಿಕೊಳ್ಳುವ ಪದರದಲ್ಲಿ ಉತ್ಪತ್ತಿಯಾಗುವ ರಂಧ್ರಗಳನ್ನು InP ಗುಣಕ ಪದರವನ್ನು ತಲುಪುವ ಮೊದಲು ಹೆಟೆರೊಜಂಕ್ಷನ್ ಅಂಚಿನಲ್ಲಿ ಅಡಚಣೆ ಮಾಡುತ್ತದೆ ಮತ್ತು ವೇಗವು ಬಹಳ ಕಡಿಮೆಯಾಗುತ್ತದೆ, ಇದರ ಪರಿಣಾಮವಾಗಿ ದೀರ್ಘ ಪ್ರತಿಕ್ರಿಯೆ ಸಮಯ ಮತ್ತು ಈ APD ಯ ಕಿರಿದಾದ ಬ್ಯಾಂಡ್‌ವಿಡ್ತ್ ಉಂಟಾಗುತ್ತದೆ. ಎರಡು ವಸ್ತುಗಳ ನಡುವೆ InGaAsP ಪರಿವರ್ತನಾ ಪದರವನ್ನು ಸೇರಿಸುವ ಮೂಲಕ ಈ ಸಮಸ್ಯೆಯನ್ನು ಪರಿಹರಿಸಬಹುದು.

(4) ಹೀರಿಕೊಳ್ಳುವಿಕೆ, ಗ್ರೇಡಿಯಂಟ್, ಚಾರ್ಜ್ ಮತ್ತು ಲಾಭ (SAGCM) ರಚನೆಗಳನ್ನು ಕ್ರಮವಾಗಿ ಪ್ರಸ್ತಾಪಿಸಲಾಗಿದೆ
ಹೀರಿಕೊಳ್ಳುವ ಪದರ ಮತ್ತು ಲಾಭ ಪದರದ ವಿದ್ಯುತ್ ಕ್ಷೇತ್ರ ವಿತರಣೆಯನ್ನು ಮತ್ತಷ್ಟು ಸರಿಹೊಂದಿಸಲು, ಚಾರ್ಜ್ ಪದರವನ್ನು ಸಾಧನ ವಿನ್ಯಾಸದಲ್ಲಿ ಪರಿಚಯಿಸಲಾಗುತ್ತದೆ, ಇದು ಸಾಧನದ ವೇಗ ಮತ್ತು ಸ್ಪಂದಿಸುವಿಕೆಯನ್ನು ಹೆಚ್ಚು ಸುಧಾರಿಸುತ್ತದೆ.

(5) ರೆಸೋನೇಟರ್ ವರ್ಧಿತ (RCE) SAGCM ರಚನೆ
ಸಾಂಪ್ರದಾಯಿಕ ಶೋಧಕಗಳ ಮೇಲಿನ ಸೂಕ್ತ ವಿನ್ಯಾಸದಲ್ಲಿ, ಹೀರಿಕೊಳ್ಳುವ ಪದರದ ದಪ್ಪವು ಸಾಧನದ ವೇಗ ಮತ್ತು ಕ್ವಾಂಟಮ್ ದಕ್ಷತೆಗೆ ವಿರೋಧಾತ್ಮಕ ಅಂಶವಾಗಿದೆ ಎಂಬ ಅಂಶವನ್ನು ನಾವು ಎದುರಿಸಬೇಕಾಗುತ್ತದೆ. ಹೀರಿಕೊಳ್ಳುವ ಪದರದ ತೆಳುವಾದ ದಪ್ಪವು ವಾಹಕ ಸಾಗಣೆಯ ಸಮಯವನ್ನು ಕಡಿಮೆ ಮಾಡುತ್ತದೆ, ಆದ್ದರಿಂದ ದೊಡ್ಡ ಬ್ಯಾಂಡ್‌ವಿಡ್ತ್ ಅನ್ನು ಪಡೆಯಬಹುದು. ಆದಾಗ್ಯೂ, ಅದೇ ಸಮಯದಲ್ಲಿ, ಹೆಚ್ಚಿನ ಕ್ವಾಂಟಮ್ ದಕ್ಷತೆಯನ್ನು ಪಡೆಯಲು, ಹೀರಿಕೊಳ್ಳುವ ಪದರವು ಸಾಕಷ್ಟು ದಪ್ಪವನ್ನು ಹೊಂದಿರಬೇಕು. ಈ ಸಮಸ್ಯೆಗೆ ಪರಿಹಾರವು ಅನುರಣನ ಕುಹರ (RCE) ರಚನೆಯಾಗಿರಬಹುದು, ಅಂದರೆ, ವಿತರಿಸಿದ ಬ್ರಾಗ್ ಪ್ರತಿಫಲಕ (DBR) ಅನ್ನು ಸಾಧನದ ಕೆಳಭಾಗ ಮತ್ತು ಮೇಲ್ಭಾಗದಲ್ಲಿ ವಿನ್ಯಾಸಗೊಳಿಸಲಾಗಿದೆ. DBR ಕನ್ನಡಿಯು ಕಡಿಮೆ ವಕ್ರೀಭವನ ಸೂಚ್ಯಂಕ ಮತ್ತು ರಚನೆಯಲ್ಲಿ ಹೆಚ್ಚಿನ ವಕ್ರೀಭವನ ಸೂಚ್ಯಂಕವನ್ನು ಹೊಂದಿರುವ ಎರಡು ರೀತಿಯ ವಸ್ತುಗಳನ್ನು ಒಳಗೊಂಡಿದೆ, ಮತ್ತು ಎರಡೂ ಪರ್ಯಾಯವಾಗಿ ಬೆಳೆಯುತ್ತವೆ ಮತ್ತು ಪ್ರತಿ ಪದರದ ದಪ್ಪವು ಅರೆವಾಹಕದಲ್ಲಿ ಘಟನೆಯ ಬೆಳಕಿನ ತರಂಗಾಂತರ 1/4 ಅನ್ನು ಪೂರೈಸುತ್ತದೆ. ಪತ್ತೆಕಾರಕದ ಅನುರಣಕ ರಚನೆಯು ವೇಗದ ಅವಶ್ಯಕತೆಗಳನ್ನು ಪೂರೈಸಬಹುದು, ಹೀರಿಕೊಳ್ಳುವ ಪದರದ ದಪ್ಪವನ್ನು ತುಂಬಾ ತೆಳ್ಳಗೆ ಮಾಡಬಹುದು ಮತ್ತು ಹಲವಾರು ಪ್ರತಿಫಲನಗಳ ನಂತರ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್‌ನ ಕ್ವಾಂಟಮ್ ದಕ್ಷತೆಯನ್ನು ಹೆಚ್ಚಿಸಲಾಗುತ್ತದೆ.

(6) ಎಡ್ಜ್-ಕಪಲ್ಡ್ ವೇವ್‌ಗೈಡ್ ರಚನೆ (WG-APD)
ಸಾಧನದ ವೇಗ ಮತ್ತು ಕ್ವಾಂಟಮ್ ದಕ್ಷತೆಯ ಮೇಲೆ ಹೀರಿಕೊಳ್ಳುವ ಪದರದ ದಪ್ಪದ ವಿಭಿನ್ನ ಪರಿಣಾಮಗಳ ವಿರೋಧಾಭಾಸವನ್ನು ಪರಿಹರಿಸಲು ಮತ್ತೊಂದು ಪರಿಹಾರವೆಂದರೆ ಅಂಚಿನ-ಜೋಡಣೆಯ ತರಂಗ ಮಾರ್ಗದರ್ಶಿ 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 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 ಪರಿಶೀಲಿಸಲಾಗಿದೆ. InP ವಸ್ತುಗಳ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ ಮತ್ತು ರಂಧ್ರ ಘರ್ಷಣೆ ಅಯಾನೀಕರಣ ದರಗಳು InAlAs ಗಳಿಗೆ ಹತ್ತಿರದಲ್ಲಿವೆ, ಇದು ಎರಡು ವಾಹಕ ಸಿಂಬಿಯಾನ್‌ಗಳ ಡಬಲ್ ಪ್ರಕ್ರಿಯೆಗೆ ಕಾರಣವಾಗುತ್ತದೆ, ಇದು ಹಿಮಪಾತ ನಿರ್ಮಾಣ ಸಮಯವನ್ನು ಹೆಚ್ಚಿಸುತ್ತದೆ ಮತ್ತು ಶಬ್ದವನ್ನು ಹೆಚ್ಚಿಸುತ್ತದೆ. ಶುದ್ಧ InAlAs ವಸ್ತುಗಳಿಗೆ ಹೋಲಿಸಿದರೆ, InGaAs (P) /InAlAs ಮತ್ತು In (Al) GaAs/InAlAs ಕ್ವಾಂಟಮ್ ಬಾವಿ ರಚನೆಗಳು ಘರ್ಷಣೆ ಅಯಾನೀಕರಣ ಗುಣಾಂಕಗಳ ಹೆಚ್ಚಿದ ಅನುಪಾತವನ್ನು ಹೊಂದಿವೆ, ಆದ್ದರಿಂದ ಶಬ್ದ ಕಾರ್ಯಕ್ಷಮತೆಯನ್ನು ಬಹಳವಾಗಿ ಬದಲಾಯಿಸಬಹುದು. ರಚನೆಯ ವಿಷಯದಲ್ಲಿ, ಸಾಧನದ ವೇಗ ಮತ್ತು ಕ್ವಾಂಟಮ್ ದಕ್ಷತೆಯ ಮೇಲೆ ಹೀರಿಕೊಳ್ಳುವ ಪದರದ ದಪ್ಪದ ವಿಭಿನ್ನ ಪರಿಣಾಮಗಳ ವಿರೋಧಾಭಾಸಗಳನ್ನು ಪರಿಹರಿಸಲು ರೆಸೋನೇಟರ್ ವರ್ಧಿತ (RCE) SAGCM ರಚನೆ ಮತ್ತು ಅಂಚಿನ-ಸಂಯೋಜಿತ ತರಂಗ ಮಾರ್ಗದರ್ಶಿ ರಚನೆ (WG-APD) ಅನ್ನು ಅಭಿವೃದ್ಧಿಪಡಿಸಲಾಗಿದೆ. ಪ್ರಕ್ರಿಯೆಯ ಸಂಕೀರ್ಣತೆಯಿಂದಾಗಿ, ಈ ಎರಡು ರಚನೆಗಳ ಸಂಪೂರ್ಣ ಪ್ರಾಯೋಗಿಕ ಅನ್ವಯವನ್ನು ಮತ್ತಷ್ಟು ಅನ್ವೇಷಿಸಬೇಕಾಗಿದೆ.