برفانی تودہ فوٹو ڈیٹیکٹر (اے پی ڈی فوٹو ڈیٹیکٹر) کا اصول اور موجودہ صورتحال حصہ دو

کا اصول اور موجودہ صورتحالبرفانی تودہ فوٹو ڈیٹیکٹر (اے پی ڈی فوٹو ڈیٹیکٹرحصہ دو

2.2 اے پی ڈی چپ کا ڈھانچہ
مناسب چپ ڈھانچہ اعلی کارکردگی والے آلات کی بنیادی ضمانت ہے۔ APD کا ساختی ڈیزائن بنیادی طور پر RC ٹائم مستقل، heterojunction پر سوراخ کی گرفتاری، depletion ریجن کے ذریعے کیریئر ٹرانزٹ ٹائم اور اسی طرح پر غور کرتا ہے۔ اس کی ساخت کی ترقی کا خلاصہ ذیل میں دیا گیا ہے۔

(1) بنیادی ڈھانچہ
سب سے آسان APD ڈھانچہ PIN فوٹوڈیوڈ پر مبنی ہے، P خطہ اور N خطہ بہت زیادہ ڈوپڈ ہے، اور N-type یا P-type doubly-repellant خطہ ملحقہ P خطہ یا N خطے میں ثانوی الیکٹران اور سوراخ پیدا کرنے کے لیے متعارف کرایا گیا ہے۔ جوڑے، تاکہ پرائمری فوٹوکورینٹ کی پرورش کا احساس ہو سکے۔ InP سیریز کے مواد کے لیے، کیونکہ ہول امپیکٹ آئنائزیشن گتانک الیکٹران امپیکٹ آئنائزیشن گتانک سے زیادہ ہے، N-type ڈوپنگ کے گین ریجن کو عام طور پر P ریجن میں رکھا جاتا ہے۔ ایک مثالی صورت حال میں، صرف سوراخوں کو گین ریجن میں داخل کیا جاتا ہے، اس لیے اس ڈھانچے کو ہول-انجیکٹڈ ڈھانچہ کہا جاتا ہے۔

(2) جذب اور حاصل کی تمیز ہے۔
InP کی وسیع بینڈ گیپ خصوصیات کی وجہ سے (InP 1.35eV ہے اور InGaAs 0.75eV ہے)، InP کو عام طور پر گین زون میٹریل اور InGaAs کو جذب زون مواد کے طور پر استعمال کیا جاتا ہے۔

(3) بالترتیب جذب، گریڈینٹ اور گین (SAGM) ڈھانچے تجویز کیے گئے ہیں۔
اس وقت، زیادہ تر تجارتی APD آلات InP/InGaAs مواد استعمال کرتے ہیں، InGaAs کو جذب کرنے والی تہہ کے طور پر، InP کو بغیر کسی خرابی کے ہائی الیکٹرک فیلڈ (>5x105V/cm) کے تحت، گین زون میٹریل کے طور پر استعمال کیا جا سکتا ہے۔ اس مواد کے لیے، اس APD کا ڈیزائن یہ ہے کہ N-type InP میں برفانی تودے کا عمل سوراخوں کے تصادم سے بنتا ہے۔ InP اور InGaAs کے درمیان بینڈ گیپ میں بڑے فرق کو مدنظر رکھتے ہوئے، والینس بینڈ میں تقریباً 0.4eV کا توانائی کی سطح کا فرق InGaAs جذب کرنے والی تہہ میں پیدا ہونے والے سوراخوں کو InP ملٹی پلیئر پرت تک پہنچنے سے پہلے ہیٹروجنکشن کنارے پر رکاوٹ بناتا ہے اور رفتار بہت زیادہ ہوتی ہے۔ کم ہو گیا، جس کے نتیجے میں اس APD کی طویل رسپانس ٹائم اور تنگ بینڈوتھ۔ یہ مسئلہ دو مواد کے درمیان ایک InGaAsP ٹرانزیشن لیئر کو شامل کرکے حل کیا جا سکتا ہے۔

(4) بالترتیب جذب، گریڈینٹ، چارج اور گین (SAGCM) ڈھانچے تجویز کیے گئے ہیں۔
ابسورپشن لیئر اور گین لیئر کی برقی فیلڈ ڈسٹری بیوشن کو مزید ایڈجسٹ کرنے کے لیے، چارج لیئر کو ڈیوائس ڈیزائن میں متعارف کرایا گیا ہے، جو ڈیوائس کی رفتار اور ردعمل کو بہت بہتر بناتا ہے۔

(5) ریزونیٹر بڑھا ہوا (RCE) SAGCM ڈھانچہ
روایتی ڈیٹیکٹرز کے اوپر کے بہترین ڈیزائن میں، ہمیں اس حقیقت کا سامنا کرنا ہوگا کہ جذب کرنے والی پرت کی موٹائی ڈیوائس کی رفتار اور کوانٹم کارکردگی کے لیے ایک متضاد عنصر ہے۔ جذب کرنے والی پرت کی پتلی موٹائی کیریئر ٹرانزٹ ٹائم کو کم کر سکتی ہے، لہذا ایک بڑی بینڈوتھ حاصل کی جا سکتی ہے۔ تاہم، ایک ہی وقت میں، اعلی کوانٹم کارکردگی حاصل کرنے کے لیے، جذب کرنے والی پرت کو کافی موٹائی کی ضرورت ہوتی ہے۔ اس مسئلے کا حل resonant cavity (RCE) کا ڈھانچہ ہو سکتا ہے، یعنی تقسیم شدہ بریگ ریفلیکٹر (DBR) ڈیوائس کے نیچے اور اوپر ڈیزائن کیا گیا ہے۔ ڈی بی آر آئینہ دو قسم کے مواد پر مشتمل ہوتا ہے جس میں کم اضطراری اشاریہ ہوتا ہے اور ساخت میں اعلی اضطراری اشاریہ ہوتا ہے، اور دونوں باری باری بڑھتے ہیں، اور ہر پرت کی موٹائی سیمی کنڈکٹر میں واقع روشنی کی طول موج 1/4 کو پورا کرتی ہے۔ پکڑنے والے کی گونج کی ساخت رفتار کی ضروریات کو پورا کر سکتی ہے، جذب پرت کی موٹائی کو بہت پتلی بنایا جا سکتا ہے، اور الیکٹران کی کوانٹم کارکردگی کئی عکاسیوں کے بعد بڑھ جاتی ہے۔

(6) ایج کپلڈ ویو گائیڈ ڈھانچہ (WG-APD)
ڈیوائس کی رفتار اور کوانٹم کارکردگی پر جذب پرت کی موٹائی کے مختلف اثرات کے تضاد کو حل کرنے کے لیے ایک اور حل ایج-کپلڈ ویو گائیڈ ڈھانچہ متعارف کرانا ہے۔ یہ ڈھانچہ سائیڈ سے روشنی میں داخل ہوتا ہے، کیونکہ جذب کی پرت بہت لمبی ہوتی ہے، اس لیے اعلی کوانٹم کارکردگی حاصل کرنا آسان ہوتا ہے، اور اسی وقت، جذب کرنے والی پرت کو بہت پتلی بنایا جا سکتا ہے، جس سے کیریئر ٹرانزٹ ٹائم کم ہوتا ہے۔ لہذا، یہ ڈھانچہ بینڈوڈتھ کے مختلف انحصار کو حل کرتا ہے اور جذب پرت کی موٹائی پر کارکردگی، اور اس سے اعلی شرح اور اعلی کوانٹم کارکردگی APD حاصل کرنے کی امید ہے۔ WG-APD کا عمل RCE APD کے مقابلے میں آسان ہے، جو DBR آئینے کی تیاری کے پیچیدہ عمل کو ختم کرتا ہے۔ لہذا، یہ عملی میدان میں زیادہ قابل عمل ہے اور عام ہوائی جہاز کے آپٹیکل کنکشن کے لیے موزوں ہے۔

3. نتیجہ
برفانی تودے کی ترقیفوٹو ڈیٹیکٹرمواد اور آلات کا جائزہ لیا جاتا ہے۔ InP مواد کے الیکٹران اور سوراخ کے تصادم کی شرحیں InAlAs کے قریب ہیں، جو دو کیریئر علامتوں کے دوہرے عمل کی طرف لے جاتی ہے، جس سے برفانی تودے کی عمارت کا وقت زیادہ ہوتا ہے اور شور بڑھتا ہے۔ خالص InAlAs مواد کے مقابلے میں، InGaAs (P) /InAlAs اور In (Al) GaAs/InAlAs کوانٹم ویل ڈھانچے میں تصادم کے آئنائزیشن گتانک کا بڑھتا ہوا تناسب ہے، لہذا شور کی کارکردگی کو بہت زیادہ تبدیل کیا جا سکتا ہے۔ ساخت کے لحاظ سے، resonator enhanced (RCE) SAGCM ڈھانچہ اور کنارے-کپلڈ ویو گائیڈ ڈھانچہ (WG-APD) کو آلہ کی رفتار اور کوانٹم کارکردگی پر جذب کرنے والی تہہ کی موٹائی کے مختلف اثرات کے تضادات کو حل کرنے کے لیے تیار کیا گیا ہے۔ عمل کی پیچیدگی کی وجہ سے، ان دونوں ڈھانچے کے مکمل عملی اطلاق کو مزید تلاش کرنے کی ضرورت ہے۔