خلاصہ: برفانی تودہ فوٹو ڈیٹیکٹر کا بنیادی ڈھانچہ اور کام کرنے کا اصول (اے پی ڈی فوٹو ڈیٹیکٹر) کو متعارف کرایا جاتا ہے، ڈیوائس کے ڈھانچے کے ارتقاء کے عمل کا تجزیہ کیا جاتا ہے، موجودہ تحقیقی حیثیت کا خلاصہ کیا جاتا ہے، اور APD کی مستقبل کی ترقی کا ممکنہ طور پر مطالعہ کیا جاتا ہے۔
1. تعارف
فوٹو ڈیٹیکٹر ایک ایسا آلہ ہے جو روشنی کے سگنل کو برقی سگنلز میں تبدیل کرتا ہے۔ایک ___ میںسیمی کنڈکٹر فوٹو ڈیٹیکٹر، فوٹو جنریٹڈ کیرئیر واقعہ فوٹوون سے پرجوش ہو کر لاگو بائیس وولٹیج کے تحت بیرونی سرکٹ میں داخل ہوتا ہے اور ایک قابل پیمائش فوٹوکورنٹ بناتا ہے۔یہاں تک کہ زیادہ سے زیادہ ردعمل پر بھی، ایک PIN فوٹوڈیوڈ زیادہ سے زیادہ الیکٹران ہول کے جوڑوں کا صرف ایک جوڑا پیدا کر سکتا ہے، جو کہ اندرونی فائدہ کے بغیر ایک آلہ ہے۔زیادہ ردعمل کے لیے، ایک برفانی تودہ فوٹوڈیوڈ (APD) استعمال کیا جا سکتا ہے۔فوٹوکورنٹ پر اے پی ڈی کا ایمپلیفیکیشن اثر آئنائزیشن تصادم کے اثر پر مبنی ہے۔کچھ شرائط کے تحت، تیز الیکٹران اور سوراخ جالی سے ٹکرانے کے لیے کافی توانائی حاصل کر سکتے ہیں تاکہ الیکٹران ہول کے جوڑے کا ایک نیا جوڑا تیار کیا جا سکے۔یہ عمل ایک سلسلہ رد عمل ہے، تاکہ روشنی کے جذب سے پیدا ہونے والے الیکٹران ہول کے جوڑے بڑی تعداد میں الیکٹران ہول کے جوڑے پیدا کر سکیں اور ایک بڑا ثانوی فوٹوکورنٹ بنا سکیں۔لہذا، APD میں اعلی ردعمل اور اندرونی فائدہ ہے، جو آلہ کے سگنل سے شور کے تناسب کو بہتر بناتا ہے۔APD بنیادی طور پر لمبی دوری یا چھوٹے آپٹیکل فائبر کمیونیکیشن سسٹم میں استعمال کیا جائے گا جس میں موصول ہونے والی آپٹیکل پاور پر دیگر حدود ہیں۔فی الحال، آپٹیکل ڈیوائس کے بہت سے ماہرین اے پی ڈی کے امکانات کے بارے میں بہت پر امید ہیں، اور ان کا خیال ہے کہ متعلقہ شعبوں کی بین الاقوامی مسابقت کو بڑھانے کے لیے اے پی ڈی کی تحقیق ضروری ہے۔
2. کی تکنیکی ترقیبرفانی تودہ فوٹو ڈیٹیکٹر(اے پی ڈی فوٹو ڈیٹیکٹر)
2.1 مواد
(1)فوٹو ڈیٹیکٹر
سی میٹریل ٹیکنالوجی ایک پختہ ٹیکنالوجی ہے جو مائیکرو الیکٹرانکس کے شعبے میں بڑے پیمانے پر استعمال ہوتی ہے، لیکن یہ 1.31mm اور 1.55mm کی طول موج کی حد میں آلات کی تیاری کے لیے موزوں نہیں ہے جو عام طور پر آپٹیکل کمیونیکیشن کے شعبے میں قبول کیے جاتے ہیں۔
(2) جی
اگرچہ Ge APD کا سپیکٹرل ردعمل آپٹیکل فائبر ٹرانسمیشن میں کم نقصان اور کم بازی کی ضروریات کے لیے موزوں ہے، لیکن تیاری کے عمل میں بڑی مشکلات ہیں۔اس کے علاوہ، Ge کے الیکٹران اور ہول آئنائزیشن کی شرح کا تناسب () 1 کے قریب ہے، اس لیے اعلیٰ کارکردگی والے APD آلات تیار کرنا مشکل ہے۔
(3)In0.53Ga0.47As/InP
In0.53Ga0.47As کو APD کی روشنی جذب کرنے والی پرت کے طور پر اور InP کو ضرب کی تہہ کے طور پر منتخب کرنے کا یہ ایک مؤثر طریقہ ہے۔In0.53Ga0.47A مواد کی جذب کی چوٹی 1.65mm، 1.31mm، 1.55mm طول موج تقریباً 104cm-1 ہائی جذب گتانک ہے، جو اس وقت لائٹ ڈیٹیکٹر کی جذب پرت کے لیے ترجیحی مواد ہے۔
(4)InGaAs فوٹو ڈیٹیکٹر/میںفوٹو ڈیٹیکٹر
InGaAsP کو روشنی جذب کرنے والی پرت کے طور پر اور InP کو ملٹی پلیئر پرت کے طور پر منتخب کرکے، 1-1.4mm کی رسپانس ویو لینتھ کے ساتھ APD، ہائی کوانٹم ایفیشنسی، کم تاریک کرنٹ اور زیادہ برفانی تودے کے حصول کو تیار کیا جا سکتا ہے۔مختلف مرکب اجزاء کو منتخب کرکے، مخصوص طول موج کے لیے بہترین کارکردگی حاصل کی جاتی ہے۔
(5)InGaAs/InAlAs
In0.52Al0.48A مواد میں بینڈ گیپ (1.47eV) ہے اور یہ 1.55mm کی طول موج کی حد میں جذب نہیں ہوتا ہے۔اس بات کے شواہد موجود ہیں کہ پتلی In0.52Al0.48As epitaxial تہہ خالص الیکٹران انجیکشن کی حالت میں ایک ملٹی پلیکیٹر پرت کے طور پر InP سے بہتر فائدہ حاصل کر سکتی ہے۔
(6)InGaAs/InGaAs (P) /InAlAs اور InGaAs/In (Al) GaAs/InAlAs
مواد کی اثر آئنائزیشن کی شرح APD کی کارکردگی کو متاثر کرنے والا ایک اہم عنصر ہے۔نتائج سے پتہ چلتا ہے کہ InGaAs (P) /InAlAs اور In (Al) GaAs/InAlAs سپرلاٹیس ڈھانچے کو متعارف کروا کر ملٹی پلیئر پرت کے تصادم کے آئنائزیشن کی شرح کو بہتر بنایا جا سکتا ہے۔سپر لیٹیس ڈھانچے کا استعمال کرتے ہوئے، بینڈ انجینئرنگ مصنوعی طور پر کنڈکشن بینڈ اور والینس بینڈ کی قدروں کے درمیان غیر متناسب بینڈ کنارے کے وقفے کو کنٹرول کر سکتی ہے، اور اس بات کو یقینی بناتی ہے کہ کنڈکشن بینڈ کا وقفہ والینس بینڈ ڈسکونٹیوٹی (ΔEc>>ΔEv) سے کہیں زیادہ ہے۔InGaAs بلک مواد کے مقابلے میں، InGaAs/InAlAs کوانٹم ویل الیکٹران آئنائزیشن کی شرح (a) میں نمایاں اضافہ ہوا ہے، اور الیکٹران اور سوراخ اضافی توانائی حاصل کرتے ہیں۔ΔEc>>ΔEv کی وجہ سے، یہ توقع کی جا سکتی ہے کہ الیکٹران کے ذریعہ حاصل کردہ توانائی الیکٹران کے آئنائزیشن کی شرح کو ہول انرجی کے سوراخ کے آئنائزیشن کی شرح (b) میں شراکت سے کہیں زیادہ بڑھاتی ہے۔الیکٹران آئنائزیشن کی شرح سے سوراخ کے آئنائزیشن کی شرح کا تناسب (k) بڑھتا ہے۔لہٰذا، ہائی گین بینڈوڈتھ پروڈکٹ (GBW) اور کم شور کی کارکردگی سپرلیٹس ڈھانچے کو لاگو کرکے حاصل کی جاسکتی ہے۔تاہم، یہ InGaAs/InAlAs کوانٹم ویل ڈھانچہ APD، جو k ویلیو کو بڑھا سکتا ہے، آپٹیکل ریسیورز پر لاگو کرنا مشکل ہے۔اس کی وجہ یہ ہے کہ ضرب عنصر جو زیادہ سے زیادہ ردعمل کو متاثر کرتا ہے وہ تاریک کرنٹ سے محدود ہے، نہ کہ ضرب شور سے۔اس ڈھانچے میں، تاریک کرنٹ بنیادی طور پر ایک تنگ بینڈ گیپ کے ساتھ InGaAs کنویں کی پرت کے ٹنلنگ اثر کی وجہ سے ہوتا ہے، اس لیے کنویں کی تہہ کے طور پر InGaAs کے بجائے وسیع بینڈ گیپ کواٹرنری الائے، جیسے InGaAsP یا InAlGaAs کا تعارف۔ کوانٹم ویل کی ساخت تاریک کرنٹ کو دبا سکتی ہے۔
پوسٹ ٹائم: نومبر-13-2023