Abstract- avalanche photodetector ၏ အခြေခံဖွဲ့စည်းပုံနှင့် လုပ်ဆောင်မှုနိယာမ (APD ဓာတ်ပုံထောက်လှမ်းကိရိယာ) မိတ်ဆက်ပြီး စက်ပစ္စည်းဖွဲ့စည်းပုံ၏ ဆင့်ကဲဖြစ်စဉ်ကို ခွဲခြမ်းစိတ်ဖြာပြီး လက်ရှိ သုတေသနအခြေအနေကို အကျဉ်းချုံးပြီး APD ၏ အနာဂတ်ဖွံ့ဖြိုးတိုးတက်မှုကို အလားအလာ လေ့လာနေပါသည်။
1 ။ နိဒါန်း
Photodetector သည် အလင်းအချက်ပြမှုများကို လျှပ်စစ်အချက်ပြများအဖြစ်သို့ ပြောင်းလဲပေးသည့် ကိရိယာတစ်ခုဖြစ်သည်။တစ်ထဲမှာsemiconductor photodetectorအဖြစ်အပျက်ကြောင့် စိတ်လှုပ်ရှားနေသော ဖိုတွန် ဓါတ်ပုံထုတ်ပေးသည့် သယ်ဆောင်သူသည် အသုံးချဘက်လိုက်ဗို့အားအောက်ရှိ ပြင်ပဆားကစ်အတွင်းသို့ ဝင်ရောက်ကာ တိုင်းတာနိုင်သော photocurrent ပုံစံဖြစ်သည်။အမြင့်ဆုံးတုံ့ပြန်မှုတွင်ပင်၊ PIN photodiode သည် အတွင်းပိုင်းအမြတ်မပါဘဲ စက်ပစ္စည်းတစ်ခုဖြစ်သည့် အီလက်ထရွန်အပေါက်အတွဲအများစုကို အများဆုံးထုတ်ပေးနိုင်သည်။ပိုမိုတုံ့ပြန်မှုရရှိရန်အတွက် avalanche photodiode (APD) ကို အသုံးပြုနိုင်သည်။photocurrent ပေါ်ရှိ APD ၏ချဲ့ထွင်မှုအကျိုးသက်ရောက်မှုသည် ionization collision အကျိုးသက်ရောက်မှုအပေါ်အခြေခံသည်။အချို့သောအခြေအနေများတွင်၊ အရှိန်မြှင့်ထားသော အီလက်ထရွန်နှင့် အပေါက်များသည် အီလက်ထရွန်-အပေါက်အတွဲအသစ်တစ်တွဲကို ထုတ်လုပ်ရန်အတွက် ရာဇမတ်ကွက်များနှင့် တိုက်မိရန် လုံလောက်သောစွမ်းအင်ကို ရရှိနိုင်သည်။ဤလုပ်ငန်းစဉ်သည် ကွင်းဆက်တုံ့ပြန်မှုဖြစ်ပြီး၊ ထို့ကြောင့် အလင်းစုပ်ယူမှုမှ ထုတ်ပေးသော အီလက်ထရွန်-အပေါက်အတွဲစုံတွဲများသည် အီလက်ထရွန်-အပေါက်အတွဲများ အများအပြားထွက်ရှိပြီး ကြီးမားသောအလယ်တန်း photocurrent အဖြစ်ဖွဲ့စည်းနိုင်စေရန်။ထို့ကြောင့်၊ APD သည် မြင့်မားသောတုံ့ပြန်မှုနှင့် အတွင်းပိုင်းရရှိမှုရှိပြီး၊ စက်ပစ္စည်း၏ signal-to-noise အချိုးကို ပိုမိုကောင်းမွန်စေသည်။APD ကို အဓိကအားဖြင့် လက်ခံရရှိသော optical ပါဝါအပေါ် အခြားကန့်သတ်ချက်များနှင့်အတူ ခရီးဝေး သို့မဟုတ် သေးငယ်သော optical fiber ဆက်သွယ်ရေးစနစ်များတွင် အဓိကအသုံးပြုမည်ဖြစ်သည်။လက်ရှိအချိန်တွင်၊ optical device ကျွမ်းကျင်သူများစွာသည် APD ၏အလားအလာများနှင့် ပတ်သက်၍ အလွန်အကောင်းမြင်ကြပြီး APD ၏သုတေသနသည် သက်ဆိုင်ရာနယ်ပယ်များ၏ နိုင်ငံတကာယှဉ်ပြိုင်နိုင်စွမ်းကို မြှင့်တင်ရန် လိုအပ်သည်ဟု ယုံကြည်ပါသည်။
2. နည်းပညာပိုင်းဆိုင်ရာဖွံ့ဖြိုးတိုးတက်မှုနှင်းမုန်တိုင်း ဓါတ်ပုံဖမ်းစက်(APD photodetector)
2.1 ပစ္စည်းများ
(၁)Si photodetector
Si material နည်းပညာသည် မိုက်ခရိုအီလက်ထရွန်းနစ်နယ်ပယ်တွင် တွင်ကျယ်စွာအသုံးပြုနေသည့် ရင့်ကျက်သောနည်းပညာတစ်ခုဖြစ်သော်လည်း လှိုင်းအလျားအကွာအဝေး 1.31mm နှင့် 1.55mm ရှိ စက်ပစ္စည်းများပြင်ဆင်မှုအတွက် မသင့်လျော်ပါ။
(၂) Ge
Ge APD ၏ ရောင်စဉ်တန်းတုံ့ပြန်မှုသည် optical fiber ထုတ်လွှင့်မှုတွင် ဆုံးရှုံးမှုနည်းပါးခြင်းနှင့် ကွဲလွဲမှုနည်းပါးခြင်းဆိုင်ရာ လိုအပ်ချက်များအတွက် သင့်လျော်သော်လည်း ပြင်ဆင်မှုလုပ်ငန်းစဉ်တွင် ကြီးမားသောအခက်အခဲများရှိပါသည်။ထို့အပြင် Ge ၏ အီလက်ထရွန်နှင့် အပေါက် အိုင်ယွန်ပြုနှုန်း အချိုးသည် () 1 နှင့် နီးစပ်သောကြောင့် စွမ်းဆောင်ရည်မြင့် APD စက်များကို ပြင်ဆင်ရန် ခက်ခဲသည်။
(၃)In0.53Ga0.47As/InP
၎င်းသည် APD နှင့် InP ၏ အလင်းစုပ်ယူမှုအလွှာအဖြစ် In0.53Ga0.47A ကို မြှောက်စားအလွှာအဖြစ် ရွေးချယ်ရန် ထိရောက်သောနည်းလမ်းဖြစ်သည်။In0.53Ga0.47A ၏ စုပ်ယူမှုအထွတ်အထိပ်မှာ 1.65mm၊ 1.31mm၊1.55mm လှိုင်းအလျားသည် 104cm-1 high absorption coefficient ဖြစ်ပြီး လက်ရှိအချိန်တွင် light detector ၏ စုပ်ယူမှုအလွှာအတွက် ဦးစားပေးပစ္စည်းဖြစ်သည်။
(၄)InGaAs ဓာတ်ပုံထောက်လှမ်းကိရိယာ/inဓာတ်ပုံထောက်လှမ်းကိရိယာ
InGaAsP ကို အလင်းစုပ်ယူသည့်အလွှာအဖြစ် နှင့် InP ကို မြှောက်စားသည့်အလွှာအဖြစ် ရွေးချယ်ခြင်းဖြင့်၊ APD သည် တုံ့ပြန်မှုလှိုင်းအလျား 1-1.4 မီလီမီတာ၊ ကွမ်တမ်ထိရောက်မှု၊ မြင့်မားသောလျှပ်စီးကြောင်းနည်းပါးမှုနှင့် နှင်းပြိုကျမှုမြင့်မားမှုကို ပြင်ဆင်နိုင်သည်။မတူညီသော အလွိုင်းအစိတ်အပိုင်းများကို ရွေးချယ်ခြင်းဖြင့်၊ သီးခြားလှိုင်းအလျားများအတွက် အကောင်းဆုံးစွမ်းဆောင်ရည်ကို ရရှိသည်။
(၅) InGaAs/InAlAs
In0.52Al0.48A တွင် ပစ္စည်းသည် လှိုင်းအလျား (1.47eV) ရှိပြီး လှိုင်းအလျား 1.55mm တွင် မစုပ်ယူပါ။In0.52Al0.48A ပါးလွှာသော In0.52Al0.48A သည် သန့်စင်သော အီလက်ထရွန်ဆေးထိုးမှုအခြေအနေအောက်တွင် အီလက်ထရွန်အလွှာတစ်ခုအနေဖြင့် InP ထက် ပိုမိုကောင်းမွန်သော လက္ခဏာရပ်များရရှိနိုင်ကြောင်း အထောက်အထားရှိပါသည်။
(၆)InGaAs/InGaAs (P)/InAlAs နှင့် InGaAs/In (Al) GaAs/InAlAs
ပစ္စည်းများ၏အကျိုးသက်ရောက်မှု ionization နှုန်းသည် APD ၏စွမ်းဆောင်ရည်ကိုထိခိုက်စေသောအရေးကြီးသောအချက်ဖြစ်သည်။InGaAs (P) /InAlAs နှင့် (Al) GaAs/InAlAs superlattice တည်ဆောက်ပုံများကို မိတ်ဆက်ခြင်းဖြင့် အမြှောက်အလွှာ၏ တိုက်မိမှုနှုန်းကို မြှင့်တင်နိုင်ကြောင်း ရလဒ်များက ပြသသည်။superlattice ဖွဲ့စည်းပုံကို အသုံးပြုခြင်းဖြင့် တီးဝိုင်းအင်ဂျင်နီယာသည် conduction band နှင့် valence band တန်ဖိုးများကြား မညီညာသော တီးဝိုင်းအစွန်းကို အတုအယောင် ထိန်းချုပ်နိုင်ပြီး conduction band discontinuity သည် valence band discontinuity (ΔEc>>ΔEv) ထက် များစွာကြီးမားကြောင်း သေချာစေပါသည်။InGaAs အစုလိုက် ပစ္စည်းများနှင့် နှိုင်းယှဉ်ပါက InGaAs/InAlAs သည် ကွမ်တမ်ကောင်းမွန်သော အီလက်ထရွန် အိုင်းယွန်းဖြစ်နှုန်း (a) သိသိသာသာ တိုးလာပြီး အီလက်ထရွန်များနှင့် အပေါက်များသည် အပိုစွမ်းအင် ရရှိပါသည်။ΔEc>>ΔEv ကြောင့်၊ အီလက်ထရွန်မှရရှိသောစွမ်းအင်သည် hole ionization rate (b) သို့ hole စွမ်းအင်၏ပံ့ပိုးမှုထက် အီလက်ထရွန် ionization နှုန်းကို ပိုမိုတိုးမြင့်စေသည်ဟု မျှော်လင့်နိုင်သည်။အီလက်ထရွန်အိုင်းယွန်းအိုင်းယွန်းနှုန်းနှင့် အပေါက်အိုင်းယွန်းပြုနှုန်း အချိုး (k) တိုးလာသည်။ထို့ကြောင့်၊ မြင့်မားသော ကြိုးမဲ့ထုတ်ကုန် (GBW) နှင့် ဆူညံသံနည်းသော စွမ်းဆောင်ရည်ကို superlattice တည်ဆောက်ပုံများကို အသုံးပြုခြင်းဖြင့် ရရှိနိုင်သည်။သို့သော်၊ k တန်ဖိုးကို တိုးစေနိုင်သည့် ဤ InGaAs/InAlAs ကွမ်တမ် ကောင်းမွန်သော တည်ဆောက်ပုံ APD သည် optical လက်ခံရရှိသူများအတွက် အသုံးချရန် ခက်ခဲသည်။အဘယ်ကြောင့်ဆိုသော် အများဆုံးတုံ့ပြန်မှုအပေါ်သက်ရောက်သည့် မြှောက်ကိန်းအချက်သည် မြှောက်ပေးသည့်ဆူညံသံမဟုတ်ဘဲ အမှောင်လျှပ်စီးကြောင်းဖြင့် ကန့်သတ်ထားသောကြောင့်ဖြစ်သည်။ဤဖွဲ့စည်းပုံတွင်၊ မှောင်သောလျှပ်စီးကြောင်းသည် အဓိကအားဖြင့် InGaAs ကောင်းမွန်သောအလွှာ၏ ကျဉ်းမြောင်းသော band ကွာဟမှုဖြင့် ဖြစ်ပေါ်လာရခြင်းဖြစ်ပြီး၊ ထို့ကြောင့် InGaAsP သို့မဟုတ် InAlGaAs ကဲ့သို့သော wide-band gap quaternary alloy ၏နိဒါန်းတွင် InGaAs ကဲ့သို့ ရေတွင်းအလွှာအစား InGaAs၊ ကွမ်တမ်ရေတွင်းတည်ဆောက်ပုံသည် အမှောင်လျှပ်စီးကြောင်းကို ဖိနှိပ်နိုင်သည်။
စာတိုက်အချိန်- နိုဝင်ဘာ-၁၃-၂၀၂၃