সারসংক্ষেপ: অ্যাভাল্যাঞ্চ ফটোডিটেক্টরের (Avalanche Photodetector) মৌলিক কাঠামো এবং কার্যপ্রণালীএপিডি ফটোডিটেক্টরউপস্থাপিত হয়েছে, ডিভাইস কাঠামোর বিবর্তন প্রক্রিয়া বিশ্লেষণ করা হয়েছে, বর্তমান গবেষণার অবস্থা সংক্ষিপ্ত করা হয়েছে এবং এপিডি-র ভবিষ্যৎ উন্নয়ন নিয়ে সম্ভাবনামূলকভাবে অধ্যয়ন করা হয়েছে।
১. ভূমিকা
ফটোডিটেক্টর হলো এমন একটি যন্ত্র যা আলোক সংকেতকে বৈদ্যুতিক সংকেতে রূপান্তরিত করে।সেমিকন্ডাক্টর ফটোডিটেক্টরআপতিত ফোটন দ্বারা উত্তেজিত আলোক-সৃষ্ট বাহক, প্রয়োগকৃত বায়াস ভোল্টেজের অধীনে বাহ্যিক বর্তনীতে প্রবেশ করে এবং একটি পরিমাপযোগ্য আলোকপ্রবাহ তৈরি করে। এমনকি সর্বোচ্চ সংবেদনশীলতাতেও, একটি পিআইএন (PIN) ফটোডায়োড সর্বাধিক এক জোড়া ইলেকট্রন-হোল জোড় তৈরি করতে পারে, যা একটি অভ্যন্তরীণ গেইনবিহীন ডিভাইস। অধিকতর সংবেদনশীলতার জন্য, একটি অ্যাভাল্যাঞ্চ ফটোডায়োড (APD) ব্যবহার করা যেতে পারে। আলোকপ্রবাহের উপর এপিডি-র বিবর্ধন প্রভাব আয়নীকরণ সংঘর্ষ প্রভাবের উপর ভিত্তি করে গঠিত। নির্দিষ্ট পরিস্থিতিতে, ত্বরান্বিত ইলেকট্রন এবং হোল ল্যাটিসের সাথে সংঘর্ষ ঘটিয়ে নতুন এক জোড়া ইলেকট্রন-হোল জোড় তৈরি করার জন্য যথেষ্ট শক্তি অর্জন করতে পারে। এই প্রক্রিয়াটি একটি শৃঙ্খল বিক্রিয়া, যার ফলে আলো শোষণের মাধ্যমে উৎপন্ন ইলেকট্রন-হোল জোড় বিপুল সংখ্যক ইলেকট্রন-হোল জোড় তৈরি করতে পারে এবং একটি বৃহৎ সেকেন্ডারি আলোকপ্রবাহ গঠন করে। অতএব, এপিডি-র উচ্চ সংবেদনশীলতা এবং অভ্যন্তরীণ গেইন রয়েছে, যা ডিভাইসটির সিগন্যাল-টু-নয়েজ অনুপাত উন্নত করে। এপিডি প্রধানত দীর্ঘ-দূরত্বের বা ছোট অপটিক্যাল ফাইবার যোগাযোগ ব্যবস্থায় ব্যবহৃত হবে, যেখানে প্রাপ্ত অপটিক্যাল শক্তির উপর অন্যান্য সীমাবদ্ধতা থাকে। বর্তমানে, অনেক অপটিক্যাল ডিভাইস বিশেষজ্ঞ এপিডি-র সম্ভাবনা নিয়ে খুবই আশাবাদী এবং বিশ্বাস করেন যে সংশ্লিষ্ট ক্ষেত্রগুলোর আন্তর্জাতিক প্রতিযোগিতা সক্ষমতা বৃদ্ধির জন্য এপিডি-র গবেষণা অপরিহার্য।
২. প্রযুক্তিগত উন্নয়নতুষারধস ফটোডিটেক্টর(এপিডি ফটোডিটেক্টর)
২.১ উপকরণ
(1)Si ফটোডিটেক্টর
সিলিকন (Si) উপাদান প্রযুক্তি একটি পরিপক্ক প্রযুক্তি যা মাইক্রোইলেকট্রনিক্স ক্ষেত্রে ব্যাপকভাবে ব্যবহৃত হয়, কিন্তু এটি অপটিক্যাল কমিউনিকেশন ক্ষেত্রে সাধারণত স্বীকৃত ১.৩১ মিমি এবং ১.৫৫ মিমি তরঙ্গদৈর্ঘ্যের পরিসরের ডিভাইস তৈরির জন্য উপযুক্ত নয়।
(2)জি
যদিও অপটিক্যাল ফাইবার ট্রান্সমিশনে কম লস এবং কম ডিসপারশনের প্রয়োজনীয়তার জন্য Ge APD-এর স্পেকট্রাল রেসপন্স উপযুক্ত, এর প্রস্তুতি প্রক্রিয়ায় অনেক অসুবিধা রয়েছে। এছাড়াও, Ge-এর ইলেকট্রন এবং হোল আয়নীকরণ হারের অনুপাত ১-এর কাছাকাছি, তাই উচ্চ-পারফরম্যান্সের APD ডিভাইস তৈরি করা কঠিন।
(3)In0.53Ga0.47As/InP
APD-র আলোক শোষণ স্তর হিসেবে In0.53Ga0.47As এবং গুণক স্তর হিসেবে InP নির্বাচন করা একটি কার্যকর পদ্ধতি। In0.53Ga0.47As উপাদানের শোষণ শীর্ষের (absorption peak) মান ১.৬৫ মিমি, ১.৩১ মিমি এবং ১.৫৫ মিমি তরঙ্গদৈর্ঘ্যে প্রায় ১০⁴ সেমি⁻¹ উচ্চ শোষণ সহগ, যা বর্তমানে আলোক ডিটেক্টরের শোষণ স্তরের জন্য একটি পছন্দের উপাদান।
(4)InGaAs ফটোডিটেক্টর/ইনফটোডিটেক্টর
আলো শোষণকারী স্তর হিসেবে InGaAsP এবং গুণক স্তর হিসেবে InP নির্বাচন করে, ১-১.৪ মিমি প্রতিক্রিয়া তরঙ্গদৈর্ঘ্য, উচ্চ কোয়ান্টাম দক্ষতা, কম ডার্ক কারেন্ট এবং উচ্চ অ্যাভাল্যাঞ্চ গেইন সম্পন্ন APD প্রস্তুত করা যেতে পারে। বিভিন্ন সংকর উপাদান নির্বাচনের মাধ্যমে নির্দিষ্ট তরঙ্গদৈর্ঘ্যের জন্য সর্বোত্তম কর্মক্ষমতা অর্জন করা হয়।
(5)InGaAs/InAlAs
In0.52Al0.48As উপাদানটির একটি ব্যান্ড গ্যাপ (১.৪৭ eV) রয়েছে এবং এটি ১.৫৫ মিমি তরঙ্গদৈর্ঘ্যের পরিসরে কোনো আলো শোষণ করে না। প্রমাণ রয়েছে যে, বিশুদ্ধ ইলেকট্রন ইনজেকশনের শর্তে, মাল্টিপ্লায়ার লেয়ার হিসেবে InP-এর তুলনায় পাতলা In0.52Al0.48As এপিটেক্সিয়াল লেয়ার উন্নততর গেইন বৈশিষ্ট্য অর্জন করতে পারে।
(6)InGaAs/InGaAs (P) /InAlAs এবং InGaAs/In (Al) GaAs/InAlAs
পদার্থের ইমপ্যাক্ট আয়োনাইজেশন রেট হলো APD-এর কর্মক্ষমতাকে প্রভাবিত করার একটি গুরুত্বপূর্ণ বিষয়। ফলাফল থেকে দেখা যায় যে, InGaAs(P)/InAlAs এবং In(Al)GaAs/InAlAs সুপারল্যাটিস কাঠামো প্রবর্তনের মাধ্যমে মাল্টিপ্লায়ার লেয়ারের কলিশন আয়োনাইজেশন রেট উন্নত করা যায়। সুপারল্যাটিস কাঠামো ব্যবহার করে, ব্যান্ড ইঞ্জিনিয়ারিংয়ের মাধ্যমে কন্ডাকশন ব্যান্ড এবং ভ্যালেন্স ব্যান্ডের মানের মধ্যে অপ্রতিসম ব্যান্ড এজ ডিসকন্টিনিউইটি কৃত্রিমভাবে নিয়ন্ত্রণ করা যায় এবং এটি নিশ্চিত করা যায় যে কন্ডাকশন ব্যান্ডের ডিসকন্টিনিউইটি ভ্যালেন্স ব্যান্ডের ডিসকন্টিনিউইটির চেয়ে অনেক বড় (ΔEc>>ΔEv)। InGaAs বাল্ক পদার্থের তুলনায়, InGaAs/InAlAs কোয়ান্টাম ওয়েলের ইলেকট্রন আয়োনাইজেশন রেট (a) উল্লেখযোগ্যভাবে বৃদ্ধি পায় এবং ইলেকট্রন ও হোল অতিরিক্ত শক্তি লাভ করে। ΔEc>>ΔEv হওয়ার কারণে, এটি আশা করা যায় যে ইলেকট্রন দ্বারা প্রাপ্ত শক্তি, হোল আয়োনাইজেশন রেটে হোলের শক্তির অবদানের (b) চেয়ে ইলেকট্রন আয়োনাইজেশন রেটকে অনেক বেশি বাড়িয়ে দেয়। ইলেকট্রন আয়নীকরণ হার এবং হোল আয়নীকরণ হারের অনুপাত (k) বৃদ্ধি পায়। তাই, সুপারল্যাটিস কাঠামো প্রয়োগের মাধ্যমে উচ্চ গেইন-ব্যান্ডউইথ প্রোডাক্ট (GBW) এবং কম নয়েজ পারফরম্যান্স অর্জন করা যায়। তবে, এই InGaAs/InAlAs কোয়ান্টাম ওয়েল কাঠামোর APD, যা k-এর মান বাড়াতে পারে, তা অপটিক্যাল রিসিভারে প্রয়োগ করা কঠিন। এর কারণ হলো, সর্বোচ্চ রেসপন্সিভনেসকে প্রভাবিতকারী মাল্টিপ্লায়ার ফ্যাক্টরটি ডার্ক কারেন্ট দ্বারা সীমাবদ্ধ থাকে, মাল্টিপ্লায়ার নয়েজ দ্বারা নয়। এই কাঠামোতে, ডার্ক কারেন্ট প্রধানত সংকীর্ণ ব্যান্ড গ্যাপযুক্ত InGaAs ওয়েল লেয়ারের টানেলিং এফেক্টের কারণে ঘটে, তাই কোয়ান্টাম ওয়েল কাঠামোর ওয়েল লেয়ার হিসেবে InGaAs-এর পরিবর্তে InGaAsP বা InAlGaAs-এর মতো একটি প্রশস্ত-ব্যান্ড গ্যাপযুক্ত কোয়াটারনারি অ্যালয় ব্যবহার করলে ডার্ক কারেন্ট দমন করা যায়।
পোস্ট করার সময়: ১৩ নভেম্বর, ২০২৩