তুষারপাত ফটোডিটেক্টর (APD ফটোডিটেক্টর) এর নীতি এবং বর্তমান পরিস্থিতি প্রথম অংশ

সারাংশ: হিমবাহ ফটোডিটেক্টরের মৌলিক কাঠামো এবং কার্য নীতি (APD ফটোডিটেক্টর) চালু করা হয়, ডিভাইস কাঠামোর বিবর্তন প্রক্রিয়া বিশ্লেষণ করা হয়, বর্তমান গবেষণার অবস্থা সংক্ষিপ্ত করা হয় এবং APD-এর ভবিষ্যত উন্নয়ন সম্ভাব্যভাবে অধ্যয়ন করা হয়।

1. ভূমিকা
ফটোডিটেক্টর হলো এমন একটি যন্ত্র যা আলোক সংকেতকে বৈদ্যুতিক সংকেতে রূপান্তরিত করে।সেমিকন্ডাক্টর ফটোডিটেক্টর, ঘটনা দ্বারা উত্তেজিত ফটো-জেনারেটেড ক্যারিয়ার ফোটন প্রয়োগকৃত পক্ষপাত ভোল্টেজের অধীনে বহিরাগত সার্কিটে প্রবেশ করে এবং একটি পরিমাপযোগ্য ফটোকারেন্ট তৈরি করে। এমনকি সর্বাধিক প্রতিক্রিয়াশীলতার ক্ষেত্রেও, একটি পিন ফটোডায়োড সর্বাধিক এক জোড়া ইলেকট্রন-হোল জোড়া তৈরি করতে পারে, যা অভ্যন্তরীণ লাভ ছাড়াই একটি ডিভাইস। বৃহত্তর প্রতিক্রিয়াশীলতার জন্য, একটি অ্যাভালানথ ফটোডায়োড (APD) ব্যবহার করা যেতে পারে। ফটোকারেন্টের উপর APD এর প্রশস্তকরণ প্রভাব আয়নীকরণ সংঘর্ষের প্রভাবের উপর ভিত্তি করে। কিছু নির্দিষ্ট পরিস্থিতিতে, ত্বরিত ইলেকট্রন এবং গর্তগুলি জালির সাথে সংঘর্ষের জন্য পর্যাপ্ত শক্তি অর্জন করতে পারে যাতে একটি নতুন জোড়া ইলেকট্রন-হোল জোড়া তৈরি হয়। এই প্রক্রিয়াটি একটি শৃঙ্খল প্রতিক্রিয়া, যাতে আলো শোষণের মাধ্যমে উৎপন্ন ইলেকট্রন-হোল জোড়া জোড়া প্রচুর পরিমাণে ইলেকট্রন-হোল জোড়া তৈরি করতে পারে এবং একটি বৃহৎ গৌণ ফটোকারেন্ট তৈরি করতে পারে। অতএব, APD-এর উচ্চ প্রতিক্রিয়াশীলতা এবং অভ্যন্তরীণ লাভ রয়েছে, যা ডিভাইসের সংকেত-থেকে-শব্দ অনুপাত উন্নত করে। APD মূলত দীর্ঘ-দূরত্ব বা ছোট অপটিক্যাল ফাইবার যোগাযোগ ব্যবস্থায় ব্যবহৃত হবে যেখানে প্রাপ্ত অপটিক্যাল পাওয়ারের অন্যান্য সীমাবদ্ধতা রয়েছে। বর্তমানে, অনেক অপটিক্যাল ডিভাইস বিশেষজ্ঞ APD-এর সম্ভাবনা সম্পর্কে খুবই আশাবাদী এবং বিশ্বাস করেন যে সংশ্লিষ্ট ক্ষেত্রগুলির আন্তর্জাতিক প্রতিযোগিতামূলকতা বৃদ্ধির জন্য APD-এর গবেষণা প্রয়োজনীয়।

2. প্রযুক্তিগত উন্নয়নতুষারপাতের ফটোডিটেক্টর(এপিডি ফটোডিটেক্টর)

২.১ উপকরণ
(১)সি ফটোডিটেক্টর
সি ম্যাটেরিয়াল প্রযুক্তি একটি পরিপক্ক প্রযুক্তি যা মাইক্রোইলেকট্রনিক্সের ক্ষেত্রে ব্যাপকভাবে ব্যবহৃত হয়, তবে এটি 1.31 মিমি এবং 1.55 মিমি তরঙ্গদৈর্ঘ্যের ডিভাইস তৈরির জন্য উপযুক্ত নয় যা সাধারণত অপটিক্যাল যোগাযোগের ক্ষেত্রে গৃহীত হয়।

(২) জিই
যদিও Ge APD-এর বর্ণালী প্রতিক্রিয়া অপটিক্যাল ফাইবার ট্রান্সমিশনে কম ক্ষতি এবং কম বিচ্ছুরণের প্রয়োজনীয়তার জন্য উপযুক্ত, প্রস্তুতি প্রক্রিয়ায় অনেক অসুবিধা রয়েছে। এছাড়াও, Ge-এর ইলেকট্রন এবং গর্ত আয়নীকরণ হার অনুপাত () 1 এর কাছাকাছি, তাই উচ্চ-কার্যক্ষমতাসম্পন্ন APD ডিভাইস প্রস্তুত করা কঠিন।

(৩)In0.53Ga0.47A/InP
APD এর আলোক শোষণ স্তর হিসেবে In0.53Ga0.47A এবং গুণক স্তর হিসেবে InP নির্বাচন করা একটি কার্যকর পদ্ধতি। In0.53Ga0.47A উপাদানের শোষণ শীর্ষ 1.65 মিমি, 1.31 মিমি, 1.55 মিমি তরঙ্গদৈর্ঘ্য প্রায় 104 সেমি-1 উচ্চ শোষণ সহগ, যা বর্তমানে আলোক আবিষ্কারকের শোষণ স্তরের জন্য পছন্দের উপাদান।

(৪)InGaAs ফটোডিটেক্টর/ইনফটোডিটেক্টর
InGaAsP কে আলোক শোষণকারী স্তর এবং InP কে গুণক স্তর হিসেবে নির্বাচন করে, 1-1.4 মিমি প্রতিক্রিয়া তরঙ্গদৈর্ঘ্য, উচ্চ কোয়ান্টাম দক্ষতা, কম অন্ধকার প্রবাহ এবং উচ্চ তুষারপাত লাভ সহ APD প্রস্তুত করা যেতে পারে। বিভিন্ন খাদ উপাদান নির্বাচন করে, নির্দিষ্ট তরঙ্গদৈর্ঘ্যের জন্য সর্বোত্তম কর্মক্ষমতা অর্জন করা হয়।

(৫)InGaAs/InAlAs
In0.52Al0.48A উপাদানের একটি ব্যান্ড গ্যাপ (1.47eV) থাকে এবং এটি 1.55 মিমি তরঙ্গদৈর্ঘ্যের পরিসরে শোষণ করে না। প্রমাণ রয়েছে যে পাতলা In0.52Al0.48A এপিট্যাক্সিয়াল স্তরটি বিশুদ্ধ ইলেকট্রন ইনজেকশনের শর্তে গুণক স্তর হিসাবে InP এর চেয়ে ভাল লাভ বৈশিষ্ট্য অর্জন করতে পারে।

(6)InGaAs/InGaAs (P) /InAlAs এবং InGaAs/In (Al) GaAs/InAlAs
APD-এর কর্মক্ষমতা প্রভাবিত করার জন্য উপকরণের প্রভাব আয়নীকরণ হার একটি গুরুত্বপূর্ণ বিষয়। ফলাফলগুলি দেখায় যে InGaAs (P) /InAlAs এবং In (Al) GaAs/InAlAs সুপারল্যাটিক্স কাঠামো প্রবর্তন করে গুণক স্তরের সংঘর্ষ আয়নীকরণ হার উন্নত করা যেতে পারে। সুপারল্যাটিক্স কাঠামো ব্যবহার করে, ব্যান্ড ইঞ্জিনিয়ারিং কৃত্রিমভাবে পরিবাহী ব্যান্ড এবং ভ্যালেন্স ব্যান্ড মানের মধ্যে অসমমিত ব্যান্ড প্রান্ত বিচ্ছিন্নতা নিয়ন্ত্রণ করতে পারে এবং নিশ্চিত করতে পারে যে পরিবাহী ব্যান্ড বিচ্ছিন্নতা ভ্যালেন্স ব্যান্ড বিচ্ছিন্নতা (ΔEc>>ΔEv) এর চেয়ে অনেক বেশি। InGaAs বাল্ক উপকরণের সাথে তুলনা করলে, InGaAs/InAlAs কোয়ান্টাম ওয়েল ইলেকট্রন আয়নীকরণ হার (a) উল্লেখযোগ্যভাবে বৃদ্ধি পায় এবং ইলেকট্রন এবং গর্ত অতিরিক্ত শক্তি অর্জন করে। ΔEc>>ΔEv এর কারণে, এটি আশা করা যেতে পারে যে ইলেকট্রন দ্বারা প্রাপ্ত শক্তি গর্ত আয়নীকরণ হারে গর্ত শক্তির অবদানের (b) তুলনায় ইলেকট্রন আয়নীকরণ হারকে অনেক বেশি বৃদ্ধি করে। ইলেকট্রন আয়নীকরণ হারের গর্ত আয়নীকরণ হারের অনুপাত (k) বৃদ্ধি পায়। অতএব, সুপারল্যাটিস স্ট্রাকচার প্রয়োগ করে উচ্চ লাভ-ব্যান্ডউইথ পণ্য (GBW) এবং কম শব্দ কর্মক্ষমতা পাওয়া যেতে পারে। তবে, এই InGaAs/InAlAs কোয়ান্টাম ওয়েল স্ট্রাকচার APD, যা k মান বৃদ্ধি করতে পারে, অপটিক্যাল রিসিভারগুলিতে প্রয়োগ করা কঠিন। এর কারণ হল যে গুণক ফ্যাক্টর সর্বাধিক প্রতিক্রিয়াশীলতাকে প্রভাবিত করে তা অন্ধকার প্রবাহ দ্বারা সীমাবদ্ধ, গুণক শব্দ দ্বারা নয়। এই কাঠামোতে, অন্ধকার প্রবাহ মূলত একটি সংকীর্ণ ব্যান্ড ফাঁক সহ InGaAs কূপ স্তরের টানেলিং প্রভাব দ্বারা সৃষ্ট হয়, তাই কোয়ান্টাম ওয়েল স্ট্রাকচারের কূপ স্তর হিসাবে InGaAs এর পরিবর্তে একটি প্রশস্ত-ব্যান্ড ফাঁক কোয়াটারনারি অ্যালয়, যেমন InGaAsP বা InAlGaAs প্রবর্তন অন্ধকার প্রবাহকে দমন করতে পারে।