অ্যাভালান্স ফটোডিটেক্টর (এপিডি ফটোডিটেক্টর)-এর মূলনীতি এবং বর্তমান পরিস্থিতি, দ্বিতীয় পর্ব

নীতিমালা এবং বর্তমান পরিস্থিতিতুষারধস ফটোডিটেক্টর (এপিডি ফটোডিটেক্টরদ্বিতীয় পর্ব

২.২ এপিডি চিপের গঠন
যুক্তিসঙ্গত চিপ কাঠামোই উচ্চ কর্মক্ষমতা সম্পন্ন ডিভাইসের মৌলিক নিশ্চয়তা। APD-র কাঠামোগত নকশায় প্রধানত RC টাইম কনস্ট্যান্ট, হেটেরোজংশনে হোল ক্যাপচার, ডিপ্লিশন অঞ্চলের মধ্য দিয়ে ক্যারিয়ার ট্রানজিট টাইম ইত্যাদি বিষয় বিবেচনা করা হয়। এর কাঠামোর উন্নয়ন নিচে সংক্ষেপে বর্ণনা করা হলো:

(1) মৌলিক কাঠামো
সবচেয়ে সরল APD কাঠামোটি PIN ফটোডায়োডের উপর ভিত্তি করে তৈরি, যেখানে P অঞ্চল এবং N অঞ্চলে উচ্চ মাত্রায় ডোপিং করা হয় এবং সংলগ্ন P বা N অঞ্চলে N-টাইপ বা P-টাইপ দ্বি-বিকর্ষী অঞ্চল স্থাপন করা হয় গৌণ ইলেকট্রন ও হোল জোড় তৈরি করার জন্য, যার ফলে প্রাথমিক ফটোকারেন্টের বিবর্ধন সাধিত হয়। InP সিরিজের উপাদানগুলোর ক্ষেত্রে, যেহেতু হোলের অভিঘাত আয়নীকরণ সহগ ইলেকট্রনের অভিঘাত আয়নীকরণ সহগের চেয়ে বেশি, তাই N-টাইপ ডোপিংয়ের গেইন অঞ্চলটি সাধারণত P অঞ্চলে স্থাপন করা হয়। আদর্শ পরিস্থিতিতে, গেইন অঞ্চলে শুধুমাত্র হোল প্রবেশ করে, তাই এই কাঠামোকে হোল-ইনজেক্টেড কাঠামো বলা হয়।

(2) শোষণ এবং লাভ আলাদা
InP-এর প্রশস্ত ব্যান্ড গ্যাপ বৈশিষ্ট্যের কারণে (InP-এর ১.৩৫ eV এবং InGaAs-এর ০.৭৫ eV), InP সাধারণত গেইন জোন উপাদান হিসেবে এবং InGaAs অ্যাবজর্পশন জোন উপাদান হিসেবে ব্যবহৃত হয়।

(3) শোষণ, গ্রেডিয়েন্ট এবং গেইন (SAGM) কাঠামো যথাক্রমে প্রস্তাব করা হয়েছে
বর্তমানে, বেশিরভাগ বাণিজ্যিক APD ডিভাইসে InP/InGaAs উপাদান ব্যবহৃত হয়, যেখানে InGaAs শোষণ স্তর হিসেবে কাজ করে এবং InP উচ্চ বৈদ্যুতিক ক্ষেত্রে (>5x10⁵ V/cm) কোনো ব্রেকডাউন ছাড়াই গেইন জোন উপাদান হিসেবে ব্যবহৃত হতে পারে। এই উপাদানের জন্য, এই APD-র নকশাটি এমনভাবে করা হয়েছে যে হোলের সংঘর্ষের মাধ্যমে N-টাইপ InP-তে অ্যাভাল্যাঞ্চ প্রক্রিয়া গঠিত হয়। InP এবং InGaAs-এর ব্যান্ড গ্যাপের মধ্যে বড় পার্থক্যের কারণে, ভ্যালেন্স ব্যান্ডে প্রায় 0.4 eV শক্তি স্তরের পার্থক্য InGaAs শোষণ স্তরে উৎপন্ন হোলগুলোকে InP মাল্টিপ্লায়ার স্তরে পৌঁছানোর আগেই হেটেরোজংশন প্রান্তে বাধা দেয় এবং তাদের গতি ব্যাপকভাবে হ্রাস পায়, যার ফলে এই APD-র প্রতিক্রিয়া সময় দীর্ঘ এবং ব্যান্ডউইথ সংকীর্ণ হয়। এই দুটি উপাদানের মধ্যে একটি InGaAsP ট্রানজিশন স্তর যোগ করে এই সমস্যার সমাধান করা যেতে পারে।

(4) শোষণ, গ্রেডিয়েন্ট, চার্জ এবং গেইন (SAGCM) কাঠামো যথাক্রমে প্রস্তাব করা হয়েছে
অ্যাবজর্পশন লেয়ার এবং গেইন লেয়ারের বৈদ্যুতিক ক্ষেত্রের বিন্যাসকে আরও সূক্ষ্মভাবে সমন্বয় করার জন্য ডিভাইস ডিজাইনে চার্জ লেয়ার অন্তর্ভুক্ত করা হয়েছে, যা ডিভাইসের গতি এবং প্রতিক্রিয়াশীলতাকে ব্যাপকভাবে উন্নত করে।

(5) রেজোনেটর বর্ধিত (RCE) SAGCM কাঠামো
প্রচলিত ডিটেক্টরের উপরোক্ত সর্বোত্তম নকশায়, আমাদের এই বাস্তবতার মুখোমুখি হতে হয় যে শোষণ স্তরের পুরুত্ব ডিভাইসের গতি এবং কোয়ান্টাম দক্ষতার জন্য একটি পরস্পরবিরোধী বিষয়। শোষণ স্তরের পাতলা পুরুত্ব বাহকের ট্রানজিট সময় কমাতে পারে, ফলে একটি বৃহৎ ব্যান্ডউইথ পাওয়া যায়। তবে, একই সাথে, উচ্চতর কোয়ান্টাম দক্ষতা অর্জনের জন্য শোষণ স্তরের পর্যাপ্ত পুরুত্ব থাকা প্রয়োজন। এই সমস্যার সমাধান হতে পারে রেজোনেন্ট ক্যাভিটি (RCE) কাঠামো, অর্থাৎ, ডিভাইসের নীচে এবং উপরে ডিস্ট্রিবিউটেড ব্র্যাগ রিফ্লেক্টর (DBR) ডিজাইন করা হয়। DBR মিররটি গঠনগতভাবে কম প্রতিসরাঙ্ক এবং উচ্চ প্রতিসরাঙ্কের দুই ধরনের উপাদান দিয়ে গঠিত, এবং দুটি পর্যায়ক্রমে বৃদ্ধি পায়, এবং প্রতিটি স্তরের পুরুত্ব সেমিকন্ডাক্টরে আপতিত আলোর তরঙ্গদৈর্ঘ্যের ১/৪ অংশ পূরণ করে। ডিটেক্টরের রেজোনেটর কাঠামো গতির প্রয়োজনীয়তা পূরণ করতে পারে, শোষণ স্তরের পুরুত্ব খুব পাতলা করা যেতে পারে, এবং বেশ কয়েকটি প্রতিফলনের পরে ইলেকট্রনের কোয়ান্টাম দক্ষতা বৃদ্ধি পায়।

(6) প্রান্ত-সংযুক্ত তরঙ্গ নির্দেশিকা কাঠামো (WG-APD)
ডিভাইসের গতি এবং কোয়ান্টাম দক্ষতার উপর শোষণ স্তরের পুরুত্বের বিভিন্ন প্রভাবের বৈপরীত্য সমাধানের আরেকটি উপায় হলো এজ-কাপলড ওয়েভগাইড কাঠামো প্রবর্তন করা। এই কাঠামোতে পাশ থেকে আলো প্রবেশ করে, এবং শোষণ স্তরটি খুব দীর্ঘ হওয়ায় উচ্চ কোয়ান্টাম দক্ষতা সহজেই অর্জন করা যায়। একই সাথে, শোষণ স্তরটিকে খুব পাতলা করে তৈরি করা যায়, যা ক্যারিয়ার ট্রানজিট সময় কমিয়ে দেয়। সুতরাং, এই কাঠামোটি শোষণ স্তরের পুরুত্বের উপর ব্যান্ডউইথ এবং দক্ষতার ভিন্ন নির্ভরতার সমাধান করে এবং এর মাধ্যমে উচ্চ হার ও উচ্চ কোয়ান্টাম দক্ষতার এপিডি অর্জন করা সম্ভব বলে আশা করা যায়। WG-APD-এর প্রক্রিয়াটি RCE APD-এর চেয়ে সহজ, যা DBR মিররের জটিল প্রস্তুতি প্রক্রিয়াকে দূর করে। তাই, এটি বাস্তব ক্ষেত্রে আরও বেশি কার্যকর এবং কমন প্লেন অপটিক্যাল সংযোগের জন্য উপযুক্ত।

৩. উপসংহার
তুষার ধসের বিকাশফটোডিটেক্টরউপকরণ এবং ডিভাইস পর্যালোচনা করা হয়েছে। InP উপকরণের ইলেকট্রন এবং হোল সংঘর্ষ আয়নীকরণ হার InAlAs-এর কাছাকাছি, যা দুটি ক্যারিয়ার সিম্বিয়নের দ্বৈত প্রক্রিয়ার দিকে পরিচালিত করে, ফলে অ্যাভাল্যাঞ্চ তৈরির সময় দীর্ঘ হয় এবং নয়েজ বৃদ্ধি পায়। বিশুদ্ধ InAlAs উপকরণের তুলনায়, InGaAs(P)/InAlAs এবং In(Al)GaAs/InAlAs কোয়ান্টাম ওয়েল কাঠামোতে সংঘর্ষ আয়নীকরণ সহগের অনুপাত বেশি, তাই নয়েজ পারফরম্যান্স ব্যাপকভাবে পরিবর্তিত হতে পারে। কাঠামোগত দিক থেকে, ডিভাইসের গতি এবং কোয়ান্টাম দক্ষতার উপর শোষণ স্তরের পুরুত্বের বিভিন্ন প্রভাবের দ্বন্দ্ব সমাধানের জন্য রেজোনেটর এনহ্যান্সড (RCE) SAGCM কাঠামো এবং এজ-কাপলড ওয়েভগাইড কাঠামো (WG-APD) তৈরি করা হয়েছে। প্রক্রিয়ার জটিলতার কারণে, এই দুটি কাঠামোর সম্পূর্ণ ব্যবহারিক প্রয়োগ আরও অন্বেষণ করা প্রয়োজন।