နိယာမနှင့် လက်ရှိအခြေအနေနှင်းမုန်တိုင်း ဓါတ်ပုံဖမ်းစက် (APD ဓာတ်ပုံထောက်လှမ်းကိရိယာ) အပိုင်းနှစ်
2.2 APD ချစ်ပ်ဖွဲ့စည်းပုံ
ကျိုးကြောင်းဆီလျော်သော ချစ်ပ်ဖွဲ့စည်းပုံသည် စွမ်းဆောင်ရည်မြင့်စက်ပစ္စည်းများ၏ အခြေခံအာမခံချက်ဖြစ်သည်။APD ၏ဖွဲ့စည်းပုံဒီဇိုင်းသည် အဓိကအားဖြင့် RC အချိန်မမြဲခြင်း၊ အပေါက်ဖောက်ခြင်းတွင် အပေါက်ဖမ်းခြင်း၊ ဆုတ်ယုတ်မှုဒေသတစ်လျှောက် သယ်ယူပို့ဆောင်ရေးအချိန်နှင့် အခြားအရာများကို ထည့်သွင်းစဉ်းစားသည်။၎င်း၏ဖွဲ့စည်းပုံ ဖွံ့ဖြိုးတိုးတက်မှုကို အောက်ပါအတိုင်း အကျဉ်းချုံးထားသည်။
(၁) အခြေခံဖွဲ့စည်းပုံ
အရိုးရှင်းဆုံး APD ဖွဲ့စည်းပုံသည် PIN photodiode ပေါ်တွင် အခြေခံထားပြီး P ဧရိယာနှင့် N ဧရိယာကို ပြင်းထန်စွာဆေးကြောထားပြီး N-type သို့မဟုတ် P-type နှစ်ထပ်-ပြန်ထုတ်သည့်နေရာအား ကပ်လျက် P ဒေသ သို့မဟုတ် N ဒေသတွင် အလယ်တန်းအီလက်ထရွန်နှင့် အပေါက်များထုတ်လုပ်ရန် မိတ်ဆက်ပေးထားသည်။ Primary photocurrent ၏ ချဲ့ထွင်မှုကို သိရှိနိုင်ရန် အတွဲများ။InP စီးရီးပစ္စည်းများအတွက်၊ အပေါက်၏အကျိုးသက်ရောက်မှုသည် အိုင်ယွန်ပြုပ်ဖော်ကိန်းထက် အီလက်ထရွန်သက်ရောက်မှု အိုင်ယွန်ပြုပ်ဖော်ကိန်းထက် ကြီးသောကြောင့်၊ N-type doping ၏ အမြတ်ဒေသကို များသောအားဖြင့် P ဒေသတွင် ထားရှိကြသည်။စံပြအခြေအနေတွင်၊ အမြတ်ဧရိယာထဲသို့ အပေါက်များသာ ထိုးသွင်းထားသောကြောင့် ဤဖွဲ့စည်းပုံကို အပေါက်-ထိုးသွင်းဖွဲ့စည်းပုံဟုခေါ်သည်။
(၂) စုပ်ယူမှုနှင့် အမြတ်တို့ကို ခွဲခြားနိုင်သည်။
InP ၏ ကျယ်ပြန့်သော band ကွာဟမှုလက္ခဏာများ (InP သည် 1.35eV နှင့် InGaAs သည် 0.75eV) ကြောင့် InP ကို အမြတ်ဇုန်ပစ္စည်းအဖြစ်နှင့် InGaAs ကို စုပ်ယူမှုဇုန်ပစ္စည်းအဖြစ် အသုံးပြုသည်။
(၃) စုပ်ယူမှု၊ ဖျော့ဖျော့နှင့် အမြတ်အစွန်း (SAGM) ဖွဲ့စည်းပုံများကို အသီးသီး အဆိုပြုထားသည်။
လက်ရှိတွင်၊ စီးပွားဖြစ် APD စက်အများစုသည် InP/InGaAs ပစ္စည်းကို အသုံးပြုထားပြီး၊ InGaAs သည် စုပ်ယူမှုအလွှာအဖြစ်၊ InP သည် မြင့်မားသောလျှပ်စစ်စက်ကွင်း (>5x105V/cm) အောက်တွင် ပြိုကွဲခြင်းမရှိပဲ အမြတ်ဇုန်ပစ္စည်းအဖြစ် အသုံးပြုနိုင်ပါသည်။ဤပစ္စည်းအတွက်၊ ဤ APD ၏ ဒီဇိုင်းမှာ အပေါက်များ တိုက်မိခြင်းကြောင့် N-type InP တွင် နှင်းပြိုကျမှုဖြစ်စဉ်ကို ဖွဲ့စည်းထားခြင်း ဖြစ်သည်။InP နှင့် InGaAs အကြား တီးဝိုင်းကွာဟချက်တွင် ကြီးမားသောကွာခြားချက်ကို ထည့်သွင်းစဉ်းစားခြင်းဖြင့် valence band ရှိ 0.4eV ခန့်ရှိသော စွမ်းအင်အဆင့်ကွာခြားမှုသည် InGaAs စုပ်ယူမှုအလွှာရှိ အပေါက်များကို InP multiplier အလွှာသို့မရောက်ရှိမီ heterojunction edge တွင် အဟန့်အတားဖြစ်စေပြီး မြန်နှုန်းသည် အလွန်များပြားပါသည်။ လျော့နည်းသွားသောကြောင့် တုံ့ပြန်ချိန်ကြာမြင့်ပြီး ဤ APD ၏ bandwidth ကျဉ်းမြောင်းစေသည်။ပစ္စည်းနှစ်ခုကြားရှိ InGaAsP အသွင်ကူးပြောင်းရေးအလွှာကို ပေါင်းထည့်ခြင်းဖြင့် ဤပြဿနာကို ဖြေရှင်းနိုင်ပါသည်။
(၄) စုပ်ယူမှု၊ အရောင်ပြောင်းမှု၊ အားသွင်းမှုနှင့် အမြတ် (SAGCM) ဖွဲ့စည်းပုံများကို အသီးသီး အဆိုပြုထားသည်။
စုပ်ယူမှုအလွှာနှင့် အမြတ်အလွှာ၏ လျှပ်စစ်စက်ကွင်းဖြန့်ကျက်မှုကို ထပ်မံချိန်ညှိရန်အတွက် အားသွင်းအလွှာကို ကိရိယာ၏ ဒီဇိုင်းတွင် ထည့်သွင်းထားပြီး၊ ကိရိယာ၏ အမြန်နှုန်းနှင့် တုံ့ပြန်နိုင်စွမ်းကို များစွာတိုးတက်စေသည်။
(5) Resonator မြှင့်တင်ထားသော (RCE) SAGCM ဖွဲ့စည်းပုံ
သမားရိုးကျ detectors များ၏ အထက်တွင် အကောင်းဆုံး ဒီဇိုင်းတွင်၊ စုပ်ယူမှု အလွှာ၏ အထူသည် စက်၏ အမြန်နှုန်းနှင့် ကွမ်တမ် ထိရောက်မှုအတွက် ဆန့်ကျင်ဘက်အချက်တစ်ချက်ဖြစ်သည်ဟူသော အချက်ကို ကျွန်ုပ်တို့ ရင်ဆိုင်ရမည်ဖြစ်သည်။စုပ်ယူသည့်အလွှာ၏ ပါးလွှာသောအထူသည် သယ်ဆောင်သူ၏ဖြတ်သန်းချိန်ကို လျှော့ချနိုင်သောကြောင့် ကြီးမားသော bandwidth ကိုရရှိနိုင်ပါသည်။သို့သော်လည်း တစ်ချိန်တည်းတွင် ပိုမိုမြင့်မားသော ကွမ်တမ်ထိရောက်မှုကို ရရှိရန်အတွက် စုပ်ယူမှုအလွှာသည် လုံလောက်သောအထူရှိရန် လိုအပ်သည်။ဤပြဿနာအတွက် ဖြေရှင်းချက်မှာ resonant cavity (RCE) တည်ဆောက်ပုံ ဖြစ်နိုင်သည်၊ ဆိုလိုသည်မှာ ဖြန့်ဝေထားသော Bragg Reflector (DBR) ကို စက်၏အောက်ခြေနှင့် ထိပ်တွင် ဒီဇိုင်းထုတ်ထားသည်။DBR mirror တွင် အလင်းယိုင်မှုအညွှန်းအနိမ့်နှင့် ဖွဲ့စည်းတည်ဆောက်ပုံတွင် အလင်းယိုင်ညွှန်းကိန်းမြင့်မားသော ပစ္စည်းနှစ်မျိုးပါဝင်ပြီး နှစ်ခုသည် အလှည့်ကျကြီးထွားလာပြီး အလွှာတစ်ခုစီ၏အထူသည် ဆီမီးကွန်ဒတ်တာရှိ အလင်းလှိုင်းအလျား 1/4 နှင့် ကိုက်ညီပါသည်။detector ၏ resonator တည်ဆောက်ပုံသည် အမြန်နှုန်းလိုအပ်ချက်များနှင့် ပြည့်မီနိုင်ပြီး၊ စုပ်ယူမှုအလွှာ၏ အထူသည် အလွန်ပါးလွှာနိုင်ကာ အီလက်ထရွန်၏ ကွမ်တမ်ထိရောက်မှုကို အများအပြား ရောင်ပြန်ဟပ်ပြီးနောက်တွင် တိုးလာပါသည်။
(၆) Edge-coupled waveguide structure (WG-APD)
ကိရိယာအမြန်နှုန်းနှင့် ကွမ်တမ်ထိရောက်မှုအပေါ် စုပ်ယူမှုအလွှာအထူ၏ မတူညီသောအကျိုးသက်ရောက်မှုများကို ဖြေရှင်းရန် နောက်ထပ်ဖြေရှင်းချက်တစ်ခုမှာ edge-coupled waveguide တည်ဆောက်ပုံကို မိတ်ဆက်ပေးခြင်းဖြစ်သည်။စုပ်ယူမှုအလွှာသည် အလွန်ရှည်သောကြောင့်၊ ဤဖွဲ့စည်းပုံသည် ဘေးဘက်မှ အလင်းသို့ဝင်ရောက်သည်၊ အဘယ်ကြောင့်ဆိုသော် စုပ်ယူမှုအလွှာသည် မြင့်မားသော ကွမ်တမ်ထိရောက်မှုကို ရရှိရန် လွယ်ကူပြီး တစ်ချိန်တည်းတွင်၊ စုပ်ယူမှုအလွှာကို အလွန်ပါးလွှာစေပြီး သယ်ဆောင်ရချိန်ကို လျှော့ချနိုင်သည်။ထို့ကြောင့်၊ ဤဖွဲ့စည်းပုံသည် စုပ်ယူမှုအလွှာ၏ အထူအပေါ်တွင် ခြားနားသော bandwidth နှင့် ထိရောက်မှုကို ဖြေရှင်းပေးပြီး မြင့်မားသောနှုန်းနှင့် မြင့်မားသော ကွမ်တမ်ထိရောက်မှု APD ရရှိရန် မျှော်လင့်ပါသည်။WG-APD ၏လုပ်ငန်းစဉ်သည် DBR mirror ၏ရှုပ်ထွေးသောပြင်ဆင်မှုလုပ်ငန်းစဉ်ကိုဖယ်ရှားပေးသည့် RCE APD ထက်ပိုမိုရိုးရှင်းပါသည်။ထို့ကြောင့်၊ ၎င်းသည် လက်တွေ့နယ်ပယ်တွင် ပို၍ဖြစ်နိုင်ချေရှိပြီး ဘုံလေယာဉ် optical ချိတ်ဆက်မှုအတွက် သင့်လျော်သည်။
3. နိဂုံး
နှင်းပြိုကျမှု ဖွံ့ဖြိုးတိုးတက်ရေးဓာတ်ပုံထောက်လှမ်းကိရိယာပစ္စည်းများနှင့် စက်ပစ္စည်းများကို ပြန်လည်စစ်ဆေးသည်။Electron နှင့် hole collision ionization rate သည် InAlAs နှင့် နီးစပ်သည်၊ ၎င်းသည် carrier symbions နှစ်ခု၏ double process ကိုဖြစ်ပေါ်စေပြီး avalanche တည်ဆောက်ချိန်ကို ပိုရှည်စေပြီး ဆူညံသံများ တိုးလာစေသည်။သန့်စင်သော InAlAs ပစ္စည်းများနှင့် နှိုင်းယှဉ်ပါက InGaAs (P) /InAlAs နှင့် In (Al) GaAs/InAlAs ကွမ်တမ်ရေတွင်းတည်ဆောက်ပုံများသည် collision ionization coefficients ၏ အချိုးအစား တိုးမြင့်လာသောကြောင့် ဆူညံသံ၏စွမ်းဆောင်ရည်ကို များစွာပြောင်းလဲနိုင်ပါသည်။ဖွဲ့စည်းတည်ဆောက်ပုံအရ၊ resonator မြှင့်တင်ထားသော (RCE) SAGCM ဖွဲ့စည်းပုံနှင့် edge-coupled waveguide structure (WG-APD) တို့သည် ကိရိယာအမြန်နှုန်းနှင့် ကွမ်တမ်ထိရောက်မှုအပေါ် စုပ်ယူမှုအလွှာထူ၏ မတူညီသောအကျိုးသက်ရောက်မှုများကို ဖြေရှင်းရန်အတွက် တီထွင်ထုတ်လုပ်ထားပါသည်။လုပ်ငန်းစဉ်၏ ရှုပ်ထွေးမှုကြောင့် ဤဖွဲ့စည်းပုံနှစ်ခု၏ လက်တွေ့အသုံးချမှု အပြည့်အစုံကို ထပ်မံစူးစမ်းလေ့လာရန် လိုအပ်ပါသည်။
တင်ချိန်- နိုဝင်ဘာ ၁၄-၂၀၂၃