የአቬላንቼ ፎቶዲቴክተር (APD ፎቶዲቴክተር) መርህ እና የአሁኑ ሁኔታ ክፍል አንድ

ማጠቃለያ፡ የአቬላንች ፎቶዲቴክተር መሰረታዊ መዋቅር እና የስራ መርህ (የኤፒዲ ፎቶዲተር) ተተግብረዋል፣ የመሳሪያው መዋቅር የዝግመተ ለውጥ ሂደት ይተነተናል፣ የአሁኑ የምርምር ሁኔታ በአጭሩ ይገለፃል፣ እና የAPD የወደፊት እድገት ወደፊት ይጠናል።

1. መግቢያ
ፎቶዲቴክተር የብርሃን ምልክቶችን ወደ ኤሌክትሪክ ምልክቶች የሚቀይር መሳሪያ ነው።ሴሚኮንዳክተር ፎቶዲቴክተርፎቶን በተፈጠረ ክስተት የተነሳ የሚፈጠረው ፎቶ-የተፈጠረ ተሸካሚ በተተገበረው ባየራል ቮልቴጅ ስር ወደ ውጫዊ ዑደት ይገባል እና ሊለካ የሚችል የፎቶ-ጅረት ይፈጥራል። ከፍተኛ ምላሽ ሰጪነት ቢኖርም እንኳ የፒን ፎቶዲዮድ ቢበዛ ጥንድ ኤሌክትሮን-ሆል ጥንዶችን ብቻ ሊያመነጭ ይችላል፣ ይህም ውስጣዊ ጥቅም የሌለው መሳሪያ ነው። ለበለጠ ምላሽ ሰጪነት፣ የአቬላንች ፎቶዲዮድ (APD) ጥቅም ላይ ሊውል ይችላል። የAPD በፎቶ-ጅረት ላይ የማጉላት ውጤት በአዮኒዜሽን ግጭት ውጤት ላይ የተመሠረተ ነው። በተወሰኑ ሁኔታዎች፣ የተጣደፉ ኤሌክትሮኖች እና ቀዳዳዎች አዲስ የኤሌክትሮን-ሆል ጥንዶችን ለማምረት ከላቲሱ ጋር ለመጋጨት በቂ ኃይል ማግኘት ይችላሉ። ይህ ሂደት የሰንሰለት ምላሽ ነው፣ ስለዚህ በብርሃን መምጠጥ የሚመነጩት የኤሌክትሮን-ሆል ጥንዶች ጥንድ ብዙ የኤሌክትሮን-ሆል ጥንዶችን ማምረት እና ትልቅ ሁለተኛ ደረጃ የፎቶ-ጅረት መፍጠር ይችላሉ። ስለዚህ፣ APD ከፍተኛ ምላሽ ሰጪነት እና ውስጣዊ ትርፍ አለው፣ ይህም የመሳሪያውን የምልክት-ወደ-ጫጫታ ጥምርታ ያሻሽላል። APD በዋናነት ጥቅም ላይ የሚውለው በረጅም ርቀት ወይም በአነስተኛ የኦፕቲካል ፋይበር የመገናኛ ስርዓቶች ላይ ሲሆን ሌሎች በተቀበለው የኦፕቲካል ኃይል ላይ ገደቦች አሏቸው። በአሁኑ ጊዜ ብዙ የኦፕቲካል መሳሪያ ባለሙያዎች ስለ APD ተስፋ በጣም ተስፋ አላቸው፣ እና የAPD ምርምር ተዛማጅ ዘርፎችን ዓለም አቀፍ ተወዳዳሪነት ለማሳደግ አስፈላጊ ነው ብለው ያምናሉ።

2. የቴክኒክ ልማትየአቬላንች ፎቶዲቴክተር(APD ፎቶዲቴክተር)

2.1 ቁሳቁሶች
(1)ሲ ፎቶዲቴክተር
የሲ ቁሳቁስ ቴክኖሎጂ በማይክሮኤሌክትሮኒክስ መስክ በስፋት ጥቅም ላይ የሚውል የበሰለ ቴክኖሎጂ ነው፣ ነገር ግን በአጠቃላይ በኦፕቲካል ኮሙኒኬሽን መስክ ተቀባይነት ያላቸውን 1.31ሚሜ እና 1.55ሚሜ የሞገድ ርዝመት ያላቸውን መሳሪያዎች ለማዘጋጀት ተስማሚ አይደለም።

(2) ጌ
የGe APD ስፔክትራል ምላሽ በኦፕቲካል ፋይበር ማስተላለፊያ ውስጥ ዝቅተኛ ኪሳራ እና ዝቅተኛ ስርጭት መስፈርቶችን ለማሟላት ተስማሚ ቢሆንም፣ በዝግጅት ሂደት ውስጥ ትልቅ ችግሮች አሉ። በተጨማሪም፣ የGe ኤሌክትሮን እና የቀዳዳ አዮናይዝድ ፍጥነት ጥምርታ ወደ () 1 ቅርብ ስለሆነ ከፍተኛ አፈጻጸም ያላቸውን የAPD መሳሪያዎችን ማዘጋጀት አስቸጋሪ ነው።

(3)በ0.53Ga0.47As/InP
In0.53Ga0.47Asን እንደ APD እና InP የብርሃን መምጠጥ ንብርብር እንደ ማባዣ ንብርብር ለመምረጥ ውጤታማ ዘዴ ነው። የIn0.53Ga0.47As ቁሳቁስ የመምጠጥ ጫፍ 1.65ሚሜ፣ 1.31ሚሜ፣ 1.55ሚሜ የሞገድ ርዝመት 104ሴሜ-1 ከፍተኛ የመምጠጥ ኮፊሸንት ሲሆን ይህም በአሁኑ ጊዜ ለብርሃን ማወቂያ የመምጠጥ ንብርብር ተመራጭ ቁሳቁስ ነው።

(4)የInGaAs ፎቶዲቴክተር/በፎቶዲቴክተር
InGaAsPን እንደ ብርሃን የሚስብ ንብርብር እና InPን እንደ ማባዣ ንብርብር በመምረጥ፣ ከ1-1.4ሚሜ የምላሽ ሞገድ ርዝመት ያለው APD፣ ከፍተኛ የኳንተም ቅልጥፍና፣ ዝቅተኛ የጨለማ ፍሰት እና ከፍተኛ የአቬላንች ትርፍ ማዘጋጀት ይቻላል። የተለያዩ የአሉሚኒየም ክፍሎችን በመምረጥ፣ ለተወሰኑ የሞገድ ርዝመት ምርጥ አፈጻጸም ተገኝቷል።

(5)ኢንጋኤኤስ/ኢንአልኤኤስ
በ0.52Al0.48 ውስጥ ቁሱ የባንድ ክፍተት (1.47eV) ስላለው እና በ1.55ሚሜ የሞገድ ርዝመት ክልል ውስጥ ስለማይስብ። ቀጭን In0.52Al0.48As ኤፒታክሲያል ንብርብር ከ InP ይልቅ እንደ ማባዣ ንብርብር በንፁህ ኤሌክትሮን መርፌ ሁኔታ የተሻለ የማሻሻያ ባህሪያትን ሊያገኝ እንደሚችል የሚያሳይ ማስረጃ አለ።

(6)ኢንጋኤኤስ/ኢንጋኤኤስ (ፒ) /ኢንጋኤኤስ እና ኢንጋኤኤስ/ኢን (አል) ጋኤኤስ/ኢንጋኤኤስ
የቁሳቁሶች የኢንፎርሜሽን አዮንአይዜሽን መጠን የAPD አፈጻጸምን የሚነካ አስፈላጊ ነገር ነው። ውጤቶቹ እንደሚያሳዩት የብዜት ንብርብር የግጭት አዮንአይዜሽን መጠን InGaAs (P) /InAlAs እና In (Al) GaAs/InAlAs ሱፐርላቲስ አወቃቀሮችን በማስተዋወቅ ሊሻሻል ይችላል። የሱፐርላቲስ አወቃቀሩን በመጠቀም፣ የባንድ ምህንድስና በኮንዳክሽን ባንድ እና በቫሌንሲንግ ባንድ እሴቶች መካከል ያለውን ያልተመጣጠነ የባንድ ጠርዝ መቆራረጥን በሰው ሰራሽ መንገድ መቆጣጠር እና የኮንዳክሽን ባንድ መቆራረጥ ከቫሌንሲንግ ባንድ መቆራረጥ (ΔEc>>ΔEv) በጣም ትልቅ መሆኑን ማረጋገጥ ይችላል። ከInGaAs የጅምላ ቁሶች ጋር ሲነጻጸር፣ InGaAs/InAlAs የኳንተም ዌል ኤሌክትሮን አዮንአይዜሽን መጠን (a) በከፍተኛ ሁኔታ ይጨምራል፣ እና ኤሌክትሮኖች እና ቀዳዳዎች ተጨማሪ ኃይል ያገኛሉ። በΔEc>>ΔEv ምክንያት፣ በኤሌክትሮኖች የሚገኘው ኃይል የኤሌክትሮን አዮንአይዜሽን መጠን ከቀዳዳ ጉልበት ወደ ቀዳዳ አዮንአይዜሽን መጠን (b) አስተዋጽኦ በእጅጉ እንደሚጨምር ይጠበቃል። የኤሌክትሮን አዮንአይዜሽን መጠን ከቀዳዳ አዮንአይዜሽን መጠን ጋር ያለው ጥምርታ (k) ይጨምራል። ስለዚህ፣ ከፍተኛ የመተላለፊያ-ባንድዊድዝ ምርት (GBW) እና ዝቅተኛ የድምፅ አፈጻጸም የሱፐርላቲስ መዋቅሮችን በመተግበር ማግኘት ይቻላል። ሆኖም፣ ይህ የ k እሴትን ሊጨምር የሚችለው የ InGaAs/InAlAs የኳንተም ጉድጓድ መዋቅር APD በኦፕቲካል ተቀባዮች ላይ ለመተግበር አስቸጋሪ ነው። ይህ የሆነበት ምክንያት ከፍተኛውን ምላሽ ሰጪነት የሚነካው የማባዣ ፋክተር በጨለማው ፍሰት የተገደበ ነው፣ በማባዣው ድምጽ አይደለም። በዚህ መዋቅር ውስጥ፣ የጨለማው ፍሰት በዋናነት የሚከሰተው ጠባብ ባንድ ክፍተት ባለው የ InGaAs ጉድጓድ ንብርብር የዋሻ ውጤት ነው፣ ስለዚህ እንደ የኳንተም ጉድጓድ መዋቅር የጉድጓድ ንብርብር InGaAs ከመሆን ይልቅ እንደ InGaAs ወይም InAlGaAs ያሉ ሰፊ ባንድ ክፍተት ኳተርናሪ ቅይጥ ማስገባት የጨለማውን ፍሰት ሊገታ ይችላል።