ସାରାଂଶ: ହିମସ୍ଲାଭ ଫଟୋଡିଟେକ୍ଟରର ମୌଳିକ ଗଠନ ଏବଂ କାର୍ଯ୍ୟ ନୀତି (APD ଫଟୋଡିଟେକ୍ଟର) ପ୍ରଚଳନ କରାଯାଏ, ଡିଭାଇସ୍ ଗଠନର ବିବର୍ତ୍ତନ ପ୍ରକ୍ରିୟା ବିଶ୍ଳେଷଣ କରାଯାଏ, ବର୍ତ୍ତମାନର ଗବେଷଣା ସ୍ଥିତି ସଂକ୍ଷେପ କରାଯାଏ, ଏବଂ APDର ଭବିଷ୍ୟତ ବିକାଶକୁ ସମ୍ଭାବନାପୂର୍ଣ୍ଣ ଭାବରେ ଅଧ୍ୟୟନ କରାଯାଏ।
1. ପରିଚୟ
ଫଟୋଡିଟେକ୍ଟର ହେଉଛି ଏକ ଉପକରଣ ଯାହା ଆଲୋକ ସଙ୍କେତଗୁଡ଼ିକୁ ବୈଦ୍ୟୁତିକ ସଙ୍କେତରେ ରୂପାନ୍ତରିତ କରେ। ଏକସେମିକଣ୍ଡକ୍ଟର ଫଟୋଡିଟେକ୍ଟର, ଘଟଣା ଫୋଟନ୍ ଦ୍ୱାରା ଉତ୍ତେଜିତ ଫଟୋ-ଜେନେରେଟେଡ୍ ବାହ୍ୟ ସର୍କିଟରେ ପ୍ରବେଶ କରେ ଏବଂ ଏକ ମାପଯୋଗ୍ୟ ଫଟୋକୁରାଣ୍ଟ ଗଠନ କରେ। ସର୍ବାଧିକ ପ୍ରତିକ୍ରିୟାଶୀଳତାରେ ମଧ୍ୟ, ଏକ PIN ଫଟୋଡାୟୋଡ୍ ସର୍ବାଧିକ କେବଳ ଏକ ଯୋଡ଼ା ଇଲେକ୍ଟ୍ରୋନ୍-ହୋଲ୍ ଯୋଡ଼ା ଉତ୍ପାଦନ କରିପାରିବ, ଯାହା ଆଭ୍ୟନ୍ତରୀଣ ଲାଭ ବିନା ଏକ ଉପକରଣ। ଅଧିକ ପ୍ରତିକ୍ରିୟାଶୀଳତା ପାଇଁ, ଏକ ଆଭଲାସେନ୍ ଫଟୋଡାୟୋଡ୍ (APD) ବ୍ୟବହାର କରାଯାଇପାରିବ। ଫଟୋକୁରାଣ୍ଟ ଉପରେ APD ର ପ୍ରଶସ୍ତିକରଣ ପ୍ରଭାବ ଆୟନାଇଜେସନ୍ ଧକ୍କା ପ୍ରଭାବ ଉପରେ ଆଧାରିତ। କିଛି ନିର୍ଦ୍ଦିଷ୍ଟ ପରିସ୍ଥିତିରେ, ତ୍ୱରିତ ଇଲେକ୍ଟ୍ରୋନ୍ ଏବଂ ଗର୍ତ୍ତଗୁଡ଼ିକ ଜାଲି ସହିତ ଧକ୍କା ହେବା ପାଇଁ ଯଥେଷ୍ଟ ଶକ୍ତି ପାଇପାରିବେ ଯାହା ଦ୍ୱାରା ଏକ ନୂତନ ଯୋଡ଼ା ଇଲେକ୍ଟ୍ରୋନ୍-ହୋଲ୍ ଯୋଡ଼ା ଉତ୍ପାଦନ କରାଯାଇପାରିବ। ଏହି ପ୍ରକ୍ରିୟା ଏକ ଶୃଙ୍ଖଳ ପ୍ରତିକ୍ରିୟା, ଯାହା ଫଳରେ ଆଲୋକ ଶୋଷଣ ଦ୍ୱାରା ସୃଷ୍ଟି ହୋଇଥିବା ଇଲେକ୍ଟ୍ରୋନ୍-ହୋଲ୍ ଯୋଡ଼ା ବହୁ ସଂଖ୍ୟକ ଇଲେକ୍ଟ୍ରୋନ୍-ହୋଲ୍ ଯୋଡ଼ା ଉତ୍ପାଦନ କରିପାରିବ ଏବଂ ଏକ ବଡ଼ ଦ୍ୱିତୀୟ ଫଟୋକୁରାଣ୍ଟ ଗଠନ କରିପାରିବ। ତେଣୁ, APD ର ଉଚ୍ଚ ପ୍ରତିକ୍ରିୟାଶୀଳତା ଏବଂ ଆଭ୍ୟନ୍ତରୀଣ ଲାଭ ଅଛି, ଯାହା ଡିଭାଇସର ସିଗନାଲ-ଟୁ-ଶବ୍ଦ ଅନୁପାତକୁ ଉନ୍ନତ କରେ। APD ମୁଖ୍ୟତଃ ଦୀର୍ଘ-ଦୂରତା କିମ୍ବା ଛୋଟ ଅପ୍ଟିକାଲ୍ ଫାଇବର ଯୋଗାଯୋଗ ପ୍ରଣାଳୀରେ ଗ୍ରହଣ କରାଯାଇଥିବା ଅପ୍ଟିକାଲ୍ ଶକ୍ତି ଉପରେ ଅନ୍ୟାନ୍ୟ ସୀମା ସହିତ ବ୍ୟବହୃତ ହେବ। ବର୍ତ୍ତମାନ, ଅନେକ ଅପ୍ଟିକାଲ୍ ଡିଭାଇସ୍ ବିଶେଷଜ୍ଞ APDର ସମ୍ଭାବନା ବିଷୟରେ ବହୁତ ଆଶାବାଦୀ, ଏବଂ ବିଶ୍ୱାସ କରନ୍ତି ଯେ ସମ୍ପୃକ୍ତ କ୍ଷେତ୍ରଗୁଡ଼ିକର ଆନ୍ତର୍ଜାତୀୟ ପ୍ରତିଯୋଗିତାମୂଳକତା ବୃଦ୍ଧି କରିବା ପାଇଁ APDର ଗବେଷଣା ଆବଶ୍ୟକ।
2. ର ବୈଷୟିକ ବିକାଶହିମସ୍ଖଳନ ଫଟୋଡିଟେକ୍ଟର(APD ଫଟୋଡିଟେକ୍ଟର)
୨.୧ ସାମଗ୍ରୀ
(1)ସି ଫଟୋଡିଟେକ୍ଟର
ସି ସାମଗ୍ରୀ ପ୍ରଯୁକ୍ତିବିଦ୍ୟା ଏକ ପରିପକ୍ୱ ପ୍ରଯୁକ୍ତିବିଦ୍ୟା ଯାହା ମାଇକ୍ରୋଇଲେକ୍ଟ୍ରୋନିକ୍ସ କ୍ଷେତ୍ରରେ ବହୁଳ ଭାବରେ ବ୍ୟବହୃତ ହୁଏ, କିନ୍ତୁ ଏହା ଅପ୍ଟିକାଲ୍ ଯୋଗାଯୋଗ କ୍ଷେତ୍ରରେ ସାଧାରଣତଃ ଗୃହୀତ 1.31mm ଏବଂ 1.55mm ତରଙ୍ଗଦୈର୍ଘ୍ୟ ପରିସରର ଡିଭାଇସ୍ ପ୍ରସ୍ତୁତି ପାଇଁ ଉପଯୁକ୍ତ ନୁହେଁ।
(2)ଜି
ଯଦିଓ Ge APD ର ବର୍ଣ୍ଣାଳୀ ପ୍ରତିକ୍ରିୟା ଅପ୍ଟିକାଲ୍ ଫାଇବର ଟ୍ରାନ୍ସମିସନରେ କମ୍ କ୍ଷତି ଏବଂ କମ୍ ବିଚ୍ଛିନ୍ନତାର ଆବଶ୍ୟକତା ପାଇଁ ଉପଯୁକ୍ତ, ପ୍ରସ୍ତୁତି ପ୍ରକ୍ରିୟାରେ ବହୁତ ଅସୁବିଧା ରହିଛି। ଏହା ସହିତ, Ge ର ଇଲେକ୍ଟ୍ରନ୍ ଏବଂ ଗର୍ତ୍ତ ଆୟନାଇଜେସନ୍ ହାର ଅନୁପାତ () 1 ପାଖାପାଖି, ତେଣୁ ଉଚ୍ଚ-କ୍ଷମତା ସମ୍ପନ୍ନ APD ଉପକରଣଗୁଡ଼ିକ ପ୍ରସ୍ତୁତ କରିବା କଷ୍ଟକର।
(3)0.53Ga0.47A/Pରେ
APD ର ଆଲୋକ ଅବଶୋଷଣ ସ୍ତର ଭାବରେ In0.53Ga0.47A ଏବଂ ଗୁଣକ ସ୍ତର ଭାବରେ InP ଚୟନ କରିବା ଏକ ପ୍ରଭାବଶାଳୀ ପଦ୍ଧତି। In0.53Ga0.47A ସାମଗ୍ରୀର ଅବଶୋଷଣ ଶିଖର ହେଉଛି 1.65mm, 1.31mm, 1.55mm ତରଙ୍ଗଦୈର୍ଘ୍ୟ ପ୍ରାୟ 104cm-1 ଉଚ୍ଚ ଅବଶୋଷଣ ଗୁଣାଙ୍କ, ଯାହା ବର୍ତ୍ତମାନ ଆଲୋକ ଡିଟେକ୍ଟରର ଅବଶୋଷଣ ସ୍ତର ପାଇଁ ପସନ୍ଦିତ ସାମଗ୍ରୀ।
(୪)InGaAs ଫଟୋଡିଟେକ୍ଟର/ଭିତରେଫଟୋଡିଟେକ୍ଟର
ଆଲୋକ ଶୋଷକ ସ୍ତର ଭାବରେ InGaAsP ଏବଂ ଗୁଣକ ସ୍ତର ଭାବରେ InP ଚୟନ କରି, 1-1.4mm ପ୍ରତିକ୍ରିୟା ତରଙ୍ଗଦୈର୍ଘ୍ୟ, ଉଚ୍ଚ କ୍ୱାଣ୍ଟମ୍ ଦକ୍ଷତା, କମ୍ ଅନ୍ଧକାର କରେଣ୍ଟ ଏବଂ ଉଚ୍ଚ ଆସ୍କଲ୍ୟାଣ ଲାଭ ସହିତ APD ପ୍ରସ୍ତୁତ କରାଯାଇପାରିବ। ବିଭିନ୍ନ ମିଶ୍ରଧାତୁ ଉପାଦାନ ଚୟନ କରି, ନିର୍ଦ୍ଦିଷ୍ଟ ତରଙ୍ଗଦୈର୍ଘ୍ୟ ପାଇଁ ସର୍ବୋତ୍ତମ କାର୍ଯ୍ୟଦକ୍ଷତା ହାସଲ କରାଯାଏ।
(5)InGaAs/InAlAs
In0.52Al0.48A ସାମଗ୍ରୀର ଏକ ବ୍ୟାଣ୍ଡ ଗ୍ୟାପ୍ (1.47eV) ଥାଏ ଏବଂ ଏହା 1.55mm ତରଙ୍ଗଦୈର୍ଘ୍ୟ ପରିସରକୁ ଶୋଷିତ କରେ ନାହିଁ। ପତଳା In0.52Al0.48A ଏପିଟାକ୍ସିଆଲ୍ ସ୍ତର ଶୁଦ୍ଧ ଇଲେକ୍ଟ୍ରନ୍ ଇଞ୍ଜେକ୍ସନ୍ ସ୍ଥିତିରେ ଗୁଣକ ସ୍ତର ଭାବରେ InP ଅପେକ୍ଷା ଭଲ ଲାଭ ବୈଶିଷ୍ଟ୍ୟ ହାସଲ କରିପାରିବ ବୋଲି ପ୍ରମାଣ ଅଛି।
(6)InGaAs/InGaAs (P) /InAlAs ଏବଂ InGaAs/In (Al) GaAs/InAlAs
ସାମଗ୍ରୀର ପ୍ରଭାବ ଆୟନାଇଜେସନ ହାର APD ର କାର୍ଯ୍ୟଦକ୍ଷତାକୁ ପ୍ରଭାବିତ କରୁଥିବା ଏକ ଗୁରୁତ୍ୱପୂର୍ଣ୍ଣ କାରଣ। ଫଳାଫଳଗୁଡ଼ିକ ଦର୍ଶାଉଛି ଯେ InGaAs (P) /InAlAs ଏବଂ In (Al) GaAs/InAlAs ସୁପରଲାଟିସ୍ ଗଠନ ପ୍ରଚଳନ କରି ଗୁଣକ ସ୍ତରର ସଂଘର୍ଷ ଆୟନାଇଜେସନ ହାରକୁ ଉନ୍ନତ କରାଯାଇପାରିବ। ସୁପରଲାଟିସ୍ ଗଠନ ବ୍ୟବହାର କରି, ବ୍ୟାଣ୍ଡ ଇଞ୍ଜିନିୟରିଂ କୃତ୍ରିମ ଭାବରେ ପରିବହନ ବ୍ୟାଣ୍ଡ ଏବଂ ଭାଲେନ୍ସ ବ୍ୟାଣ୍ଡ ମୂଲ୍ୟ ମଧ୍ୟରେ ଅସମମିତ ବ୍ୟାଣ୍ଡ ଧାର ବିଚ୍ଛିନ୍ନତାକୁ ନିୟନ୍ତ୍ରଣ କରିପାରିବ, ଏବଂ ନିଶ୍ଚିତ କରିପାରିବ ଯେ ପରିବହନ ବ୍ୟାଣ୍ଡ ବିଚ୍ଛିନ୍ନତା ଭାଲେନ୍ସ ବ୍ୟାଣ୍ଡ ବିଚ୍ଛିନ୍ନତା (ΔEc>>ΔEv) ଅପେକ୍ଷା ବହୁତ ବଡ଼। InGaAs ବଲ୍କ ସାମଗ୍ରୀ ସହିତ ତୁଳନା କଲେ, InGaAs/InAlAs କ୍ୱାଣ୍ଟମ୍ ୱେଲ୍ ଇଲେକ୍ଟ୍ରୋନ୍ ଆୟନାଇଜେସନ ହାର (a) ଯଥେଷ୍ଟ ବୃଦ୍ଧି ପାଇଛି, ଏବଂ ଇଲେକ୍ଟ୍ରୋନ୍ ଏବଂ ଗର୍ତ୍ତଗୁଡ଼ିକ ଅତିରିକ୍ତ ଶକ୍ତି ଲାଭ କରନ୍ତି। ΔEc>>ΔEv ଯୋଗୁଁ, ଏହା ଆଶା କରାଯାଇପାରେ ଯେ ଇଲେକ୍ଟ୍ରୋନ୍ ଦ୍ୱାରା ପ୍ରାପ୍ତ ଶକ୍ତି ଇଲେକ୍ଟ୍ରୋନ୍ ଆୟନାଇଜେସନ ହାରକୁ ଗର୍ତ୍ତ ଆୟନାଇଜେସନ ହାର (b) ରେ ଗର୍ତ୍ତ ଶକ୍ତିର ଅବଦାନ ଅପେକ୍ଷା ବହୁତ ଅଧିକ ବୃଦ୍ଧି କରେ। ଇଲେକ୍ଟ୍ରୋନ୍ ଆୟନାଇଜେସନ ହାର ଏବଂ ଗର୍ତ୍ତ ଆୟନାଇଜେସନ ହାରର ଅନୁପାତ (k) ବୃଦ୍ଧି ପାଏ। ତେଣୁ, ସୁପରଲାଟିସ୍ ଗଠନ ପ୍ରୟୋଗ କରି ଉଚ୍ଚ ଲାଭ-ବ୍ୟାଣ୍ଡୱିଡଥ୍ ଉତ୍ପାଦ (GBW) ଏବଂ କମ୍ ଶବ୍ଦ କାର୍ଯ୍ୟଦକ୍ଷତା ପ୍ରାପ୍ତ କରାଯାଇପାରିବ। ତଥାପି, ଏହି InGaAs/InAlAs କ୍ୱାଣ୍ଟମ୍ କୁଆଣ୍ଟମ୍ ଗଠନ APD, ଯାହା k ମୂଲ୍ୟ ବୃଦ୍ଧି କରିପାରେ, ଅପ୍ଟିକାଲ୍ ରିସିଭରଗୁଡ଼ିକରେ ପ୍ରୟୋଗ କରିବା କଷ୍ଟକର। କାରଣ ସର୍ବାଧିକ ପ୍ରତିକ୍ରିୟାଶୀଳତାକୁ ପ୍ରଭାବିତ କରୁଥିବା ଗୁଣକ କାରକ ଗୁଣକ ଶବ୍ଦ ଦ୍ୱାରା ନୁହେଁ, ବରଂ ଅନ୍ଧକାର କରେଣ୍ଟ ଦ୍ୱାରା ସୀମିତ। ଏହି ଗଠନରେ, ଅନ୍ଧକାର କରେଣ୍ଟ ମୁଖ୍ୟତଃ ଏକ ସଂକୀର୍ଣ୍ଣ ବ୍ୟାଣ୍ଡ ବ୍ୟବଧାନ ସହିତ InGaAs କୁଆଣ୍ଟ ସ୍ତରର ଟନେଲିଂ ପ୍ରଭାବ ଦ୍ୱାରା ହୋଇଥାଏ, ତେଣୁ କ୍ୱାଣ୍ଟମ୍ କୁଆଣ୍ଟ ଗଠନର କୁଆଣ୍ଟ ସ୍ତର ଭାବରେ InGaAs ପରି ଏକ ପ୍ରଶସ୍ତ-ବ୍ୟାଣ୍ଡ ବ୍ୟବଧାନ କ୍ୱାଟରନାରୀ ମିଶ୍ରଧାତୁ, ଯେପରିକି InGaAsP କିମ୍ବା InAlGaAs ର ପ୍ରଚଳନ ଅନ୍ଧକାର କରେଣ୍ଟକୁ ଦମନ କରିପାରିବ।
ପୋଷ୍ଟ ସମୟ: ନଭେମ୍ବର-୧୩-୨୦୨୩