অ্যাভাল্যাঞ্চ ফটোডিটেক্টরের নীতি এবং বর্তমান পরিস্থিতি (এপিডি ফটোডিটেক্টর) প্রথম অংশ

বিমূর্ত: তুষারপাত ফটোডিটেক্টরের মৌলিক কাঠামো এবং কাজের নীতি (এপিডি ফটোডিটেক্টর) চালু করা হয়, ডিভাইসের কাঠামোর বিবর্তন প্রক্রিয়া বিশ্লেষণ করা হয়, বর্তমান গবেষণার অবস্থা সংক্ষিপ্ত করা হয় এবং APD-এর ভবিষ্যতের বিকাশ সম্ভাব্যভাবে অধ্যয়ন করা হয়।

1. ভূমিকা
একটি ফটোডিটেক্টর এমন একটি ডিভাইস যা আলোক সংকেতকে বৈদ্যুতিক সংকেতে রূপান্তর করে। কসেমিকন্ডাক্টর ফটোডিটেক্টর, ঘটনা ফোটন দ্বারা উত্তেজিত ফটো-উত্পাদিত বাহক প্রয়োগকৃত পক্ষপাত ভোল্টেজের অধীনে বহিরাগত সার্কিটে প্রবেশ করে এবং একটি পরিমাপযোগ্য ফটোক্যুরেন্ট গঠন করে। এমনকি সর্বাধিক প্রতিক্রিয়াশীলতায়, একটি পিন ফটোডিওড সর্বাধিক একজোড়া ইলেক্ট্রন-হোল জোড়া তৈরি করতে পারে, যা অভ্যন্তরীণ লাভ ছাড়াই একটি ডিভাইস। বৃহত্তর প্রতিক্রিয়াশীলতার জন্য, একটি avalanche photodiode (APD) ব্যবহার করা যেতে পারে। ফটোকারেন্টে APD-এর পরিবর্ধন প্রভাব ionization সংঘর্ষের প্রভাবের উপর ভিত্তি করে। নির্দিষ্ট অবস্থার অধীনে, ত্বরিত ইলেকট্রন এবং ছিদ্রগুলি জালির সাথে সংঘর্ষের জন্য পর্যাপ্ত শক্তি পেতে পারে যাতে ইলেকট্রন-গর্ত জোড়ার একটি নতুন জোড়া তৈরি করা যায়। এই প্রক্রিয়াটি একটি শৃঙ্খল বিক্রিয়া, যাতে আলো শোষণের মাধ্যমে উত্পন্ন ইলেকট্রন-গর্ত জোড়ার জোড়া প্রচুর পরিমাণে ইলেকট্রন-গর্ত জোড়া তৈরি করতে পারে এবং একটি বৃহৎ সেকেন্ডারি ফটোকারেন্ট তৈরি করতে পারে। অতএব, APD এর উচ্চ প্রতিক্রিয়াশীলতা এবং অভ্যন্তরীণ লাভ রয়েছে, যা ডিভাইসের সংকেত-টু-শব্দ অনুপাতকে উন্নত করে। APD প্রধানত প্রাপ্ত অপটিক্যাল শক্তির অন্যান্য সীমাবদ্ধতা সহ দীর্ঘ-দূরত্বের বা ছোট অপটিক্যাল ফাইবার যোগাযোগ ব্যবস্থায় ব্যবহার করা হবে। বর্তমানে, অনেক অপটিক্যাল ডিভাইস বিশেষজ্ঞরা APD এর সম্ভাবনা সম্পর্কে খুব আশাবাদী এবং বিশ্বাস করেন যে সংশ্লিষ্ট ক্ষেত্রের আন্তর্জাতিক প্রতিযোগিতা বাড়ানোর জন্য APD এর গবেষণা প্রয়োজনীয়।

2. এর প্রযুক্তিগত উন্নয়নতুষারপাত ফটোডিটেক্টর(এপিডি ফটোডিটেক্টর)

2.1 উপাদান
(1)ফটোডিটেক্টর
Si উপাদান প্রযুক্তি হল একটি পরিপক্ক প্রযুক্তি যা মাইক্রোইলেক্ট্রনিক্সের ক্ষেত্রে ব্যাপকভাবে ব্যবহৃত হয়, তবে এটি 1.31mm এবং 1.55mm তরঙ্গদৈর্ঘ্যের পরিসরে ডিভাইস তৈরির জন্য উপযুক্ত নয় যা সাধারণত অপটিক্যাল যোগাযোগের ক্ষেত্রে গৃহীত হয়।

(2) জি
যদিও Ge APD এর বর্ণালী প্রতিক্রিয়া অপটিক্যাল ফাইবার ট্রান্সমিশনে কম ক্ষতি এবং কম বিচ্ছুরণের প্রয়োজনীয়তার জন্য উপযুক্ত, তবে প্রস্তুতির প্রক্রিয়ায় বড় অসুবিধা রয়েছে। উপরন্তু, Ge এর ইলেক্ট্রন এবং গর্ত আয়নকরণ হার অনুপাত () 1 এর কাছাকাছি, তাই উচ্চ-ক্ষমতা সম্পন্ন APD ডিভাইস প্রস্তুত করা কঠিন।

(3)In0.53Ga0.47As/InP
APD এর আলো শোষণ স্তর হিসাবে In0.53Ga0.47A এবং গুণক স্তর হিসাবে InP নির্বাচন করার এটি একটি কার্যকর পদ্ধতি। In0.53Ga0.47A উপাদানের শোষণের শিখর হল 1.65mm, 1.31mm, 1.55mm তরঙ্গদৈর্ঘ্য প্রায় 104cm-1 উচ্চ শোষণ সহগ, যা বর্তমানে আলোর আবিষ্কারকের শোষণ স্তরের জন্য পছন্দের উপাদান৷

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

(5)InGaAs/InAlAs
In0.52Al0.48A উপাদানটির একটি ব্যান্ড গ্যাপ (1.47eV) আছে এবং এটি 1.55 মিমি তরঙ্গদৈর্ঘ্যের পরিসরে শোষণ করে না। প্রমাণ আছে যে পাতলা In0.52Al0.48As এপিটাক্সিয়াল স্তর বিশুদ্ধ ইলেক্ট্রন ইনজেকশনের শর্তে একটি গুণক স্তর হিসাবে InP এর চেয়ে ভাল লাভ বৈশিষ্ট্য পেতে পারে।

(6)InGaAs/InGaAs (P) /InAlAs এবং InGaAs/In (Al) GaAs/InAlAs
উপকরণের প্রভাব আয়নকরণ হার APD এর কর্মক্ষমতা প্রভাবিত একটি গুরুত্বপূর্ণ ফ্যাক্টর. ফলাফলগুলি দেখায় যে গুণক স্তরের সংঘর্ষের আয়নকরণের হার InGaAs (P) /InAlAs এবং In (Al) GaAs/InAlAs সুপারল্যাটিস কাঠামো প্রবর্তনের মাধ্যমে উন্নত করা যেতে পারে। সুপারল্যাটিস স্ট্রাকচার ব্যবহার করে, ব্যান্ড ইঞ্জিনিয়ারিং কৃত্রিমভাবে কন্ডাকশন ব্যান্ড এবং ভ্যালেন্স ব্যান্ড মানের মধ্যে অ্যাসিমেট্রিক ব্যান্ড এজ ডিসকন্টিনিউটি নিয়ন্ত্রণ করতে পারে এবং নিশ্চিত করতে পারে যে কনডাকশন ব্যান্ড ডিসকন্টিনিউটি ভ্যালেন্স ব্যান্ড ডিসকন্টিনিউটি (ΔEc>>ΔEv) থেকে অনেক বড়। InGaAs বাল্ক উপকরণের সাথে তুলনা করে, InGaAs/InAlAs কোয়ান্টাম ওয়েল ইলেকট্রন আয়নাইজেশন হার (a) উল্লেখযোগ্যভাবে বৃদ্ধি পেয়েছে এবং ইলেকট্রন এবং গর্তগুলি অতিরিক্ত শক্তি অর্জন করে। ΔEc>>ΔEv এর কারণে, এটা আশা করা যায় যে ইলেকট্রন দ্বারা অর্জিত শক্তি ইলেকট্রন আয়নকরণের হারকে গর্ত আয়নকরণ হারে (b) গর্ত শক্তির অবদানের চেয়ে অনেক বেশি বাড়িয়ে দেয়। ইলেকট্রন আয়নকরণ হারের অনুপাত (k) গর্ত আয়নকরণ হার বৃদ্ধি পায়। অতএব, উচ্চ লাভ-ব্যান্ডউইথ পণ্য (GBW) এবং কম শব্দ কর্মক্ষমতা সুপারল্যাটিস কাঠামো প্রয়োগ করে প্রাপ্ত করা যেতে পারে। যাইহোক, এই InGaAs/InAlAs কোয়ান্টাম ওয়েল স্ট্রাকচার APD, যা k মান বাড়াতে পারে, অপটিক্যাল রিসিভারগুলিতে প্রয়োগ করা কঠিন। এর কারণ হল মাল্টিপ্লায়ার ফ্যাক্টর যা সর্বাধিক প্রতিক্রিয়াশীলতাকে প্রভাবিত করে অন্ধকার স্রোত দ্বারা সীমাবদ্ধ, গুণক শব্দ নয়। এই কাঠামোতে, অন্ধকার স্রোত প্রধানত একটি সংকীর্ণ ব্যান্ড ফাঁক সহ InGaAs ওয়েল স্তরের টানেলিং প্রভাব দ্বারা সৃষ্ট হয়, তাই ওয়েল স্তর হিসাবে InGaAs এর পরিবর্তে একটি প্রশস্ত-ব্যান্ড গ্যাপ কোয়াটারনারি অ্যালয়, যেমন InGaAsP বা InAlGaAs প্রবর্তন করা হয়। কোয়ান্টাম ওয়েল গঠন অন্ধকার স্রোত দমন করতে পারে.