សង្ខេប៖ រចនាសម្ព័នមូលដ្ឋាន និងគោលការណ៍ការងាររបស់ឧបករណ៍ចាប់រូបភាព avalanche photodetector (ឧបករណ៍ចាប់រូបភាព APD) ត្រូវបានណែនាំ ដំណើរការវិវត្តនៃរចនាសម្ព័ន្ធឧបករណ៍ត្រូវបានវិភាគ ស្ថានភាពស្រាវជ្រាវបច្ចុប្បន្នត្រូវបានសង្ខេប ហើយការអភិវឌ្ឍន៍នាពេលអនាគតរបស់ APD ត្រូវបានសិក្សាដោយអនាគត។
1. សេចក្តីផ្តើម
photodetector គឺជាឧបករណ៍ដែលបំប្លែងសញ្ញាពន្លឺទៅជាសញ្ញាអគ្គិសនី។ ក្នុង កឧបករណ៍ចាប់រូបភាព semiconductorក្រុមហ៊ុនបញ្ជូនរូបថតដែលបង្កើតដោយរំភើបដោយ photon ឧបទ្ទវហេតុចូលទៅក្នុងសៀគ្វីខាងក្រៅក្រោមវ៉ុលដែលបានអនុវត្តហើយបង្កើតជា photocurrent ដែលអាចវាស់វែងបាន។ សូម្បីតែនៅក្នុងការឆ្លើយតបអតិបរមាក៏ដោយ ក៏ photodiode កូដ PIN អាចបង្កើតបានតែគូនៃរន្ធអេឡិចត្រុងមួយគូប៉ុណ្ណោះ ដែលភាគច្រើនជាឧបករណ៍ដែលមិនមានអត្ថប្រយោជន៍ខាងក្នុង។ សម្រាប់ការឆ្លើយតបកាន់តែខ្លាំង អាយឌីអូឌីយ៉ូត avalanche photodiode (APD) អាចត្រូវបានប្រើ។ ឥទ្ធិពលពង្រីកនៃ APD លើ photocurrent គឺផ្អែកលើឥទ្ធិពល ionization collision ។ នៅក្រោមលក្ខខណ្ឌជាក់លាក់ អេឡិចត្រុង និងរន្ធដែលបង្កើនល្បឿនអាចទទួលបានថាមពលគ្រប់គ្រាន់ដើម្បីប៉ះទង្គិចជាមួយបន្ទះឈើដើម្បីបង្កើតគូថ្មីនៃរន្ធអេឡិចត្រុង។ ដំណើរការនេះគឺជាប្រតិកម្មខ្សែសង្វាក់ ដូច្នេះគូនៃរន្ធអេឡិចត្រុងដែលបង្កើតដោយការស្រូបពន្លឺអាចបង្កើតបានជាគូរន្ធអេឡិចត្រុងមួយចំនួនធំ និងបង្កើតបានជា photocurrent បន្ទាប់បន្សំដ៏ធំមួយ។ ដូច្នេះ APD មានការឆ្លើយតបខ្ពស់ និងទទួលបានខាងក្នុង ដែលធ្វើអោយប្រសើរឡើងនូវសមាមាត្រសញ្ញាទៅសំឡេងរំខាននៃឧបករណ៍។ APD នឹងត្រូវបានប្រើជាចម្បងនៅក្នុងប្រព័ន្ធទំនាក់ទំនងតាមរយៈចម្ងាយឆ្ងាយឬតូចជាងជាមួយនឹងការកំណត់ផ្សេងទៀតលើថាមពលអុបទិកដែលទទួល។ នាពេលបច្ចុប្បន្ននេះ អ្នកជំនាញផ្នែកឧបករណ៍អុបទិកជាច្រើនមានសុទិដ្ឋិនិយមយ៉ាងខ្លាំងចំពោះការរំពឹងទុករបស់ APD ហើយជឿថាការស្រាវជ្រាវរបស់ APD គឺចាំបាច់ដើម្បីបង្កើនការប្រកួតប្រជែងអន្តរជាតិនៃវិស័យពាក់ព័ន្ធ។
2. ការអភិវឌ្ឍន៍បច្ចេកទេសនៃឧបករណ៍ចាប់រូបភាព avalanche(ឧបករណ៍ចាប់រូបភាព APD)
2.1 សម្ភារៈ
(1)ឧបករណ៍ចាប់រូបភាពស៊ី
បច្ចេកវិទ្យាសម្ភារៈ Si គឺជាបច្ចេកវិទ្យាចាស់ទុំដែលត្រូវបានគេប្រើយ៉ាងទូលំទូលាយក្នុងវិស័យមីក្រូអេឡិចត្រូនិច ប៉ុន្តែវាមិនស័ក្តិសមសម្រាប់ការរៀបចំឧបករណ៍ក្នុងជួររលក 1.31mm និង 1.55mm ដែលត្រូវបានទទួលយកជាទូទៅក្នុងវិស័យទំនាក់ទំនងអុបទិក។
(2) ជី
ទោះបីជាការឆ្លើយតបវិសាលគមរបស់ Ge APD គឺសមរម្យសម្រាប់តម្រូវការនៃការបាត់បង់ទាប និងការបែកខ្ចាត់ខ្ចាយទាបក្នុងការបញ្ជូនសរសៃអុបទិក វាមានការលំបាកយ៉ាងខ្លាំងក្នុងដំណើរការរៀបចំ។ លើសពីនេះទៀតសមាមាត្រអត្រាអ៊ីយ៉ូដនៃអេឡិចត្រុងនិងរន្ធរបស់ Ge គឺនៅជិត () 1 ដូច្នេះវាពិបាកក្នុងការរៀបចំឧបករណ៍ APD ដែលមានប្រសិទ្ធភាពខ្ពស់។
(3) In0.53Ga0.47As/InP
វាគឺជាវិធីសាស្រ្តដ៏មានប្រសិទ្ធភាពក្នុងការជ្រើសរើស In0.53Ga0.47A ជាស្រទាប់ស្រូបយកពន្លឺនៃ APD និង InP ជាស្រទាប់មេគុណ។ កំពូលនៃការស្រូបចូលនៃ In0.53Ga0.47A ជាសម្ភារៈគឺ 1.65mm, 1.31mm,1.55mm ប្រវែងរលកគឺប្រហែល 104cm-1 មេគុណស្រូបយកខ្ពស់ ដែលជាសម្ភារៈដែលពេញចិត្តសម្រាប់ស្រទាប់ស្រូបយករបស់ឧបករណ៍ចាប់ពន្លឺនាពេលបច្ចុប្បន្ន។
(4)ឧបករណ៍ចាប់រូបភាព InGaAs/ ក្នុងឧបករណ៍ចាប់រូបភាព
ដោយជ្រើសរើស InGaAsP ជាស្រទាប់ស្រូបពន្លឺ និង InP ជាស្រទាប់មេគុណ APD ជាមួយនឹងរលកប្រតិកម្ម 1-1.4mm ប្រសិទ្ធភាពកង់ទិចខ្ពស់ ចរន្តងងឹតទាប និងការកើនឡើងនៃផ្ទាំងទឹកកកខ្ពស់អាចត្រូវបានរៀបចំ។ ដោយជ្រើសរើសសមាសធាតុយ៉ាន់ស្ព័រផ្សេងៗគ្នា ដំណើរការល្អបំផុតសម្រាប់ប្រវែងរលកជាក់លាក់ត្រូវបានសម្រេច។
(5) InGaAs/InAlAs
សម្ភារៈ In0.52Al0.48A មានគម្លាតក្រុមតន្រ្តី (1.47eV) និងមិនស្រូបនៅជួររលកនៃ 1.55mm ។ មានភស្តុតាងដែលថា In0.52Al0.48As ស្រទាប់ epitaxial ស្តើងអាចទទួលបានលក្ខណៈទទួលបានល្អប្រសើរជាង InP ជាស្រទាប់ពហុគុណនៅក្រោមលក្ខខណ្ឌនៃការចាក់អេឡិចត្រុងសុទ្ធ។
(6) InGaAs/InGaAs (P) /InAlAs និង InGaAs/In (Al) GaAs/InAlAs
អត្រាអ៊ីយ៉ូដផលប៉ះពាល់នៃវត្ថុធាតុដើមគឺជាកត្តាសំខាន់ដែលប៉ះពាល់ដល់ដំណើរការរបស់ APD ។ លទ្ធផលបង្ហាញថាអត្រាអ៊ីយ៉ូដនៃការប៉ះទង្គិចគ្នានៃស្រទាប់មេគុណអាចត្រូវបានធ្វើឱ្យប្រសើរឡើងដោយការណែនាំ InGaAs (P) / InAlAs និង In (Al) GaAs / InAlAs superlattice រចនាសម្ព័ន្ធ។ ដោយប្រើរចនាសម្ព័ន្ធ superlattice វិស្វកម្មក្រុមតន្រ្តីអាចគ្រប់គ្រងដោយសិប្បនិម្មិតនូវភាពមិនដំណើរការនៃគែម asymmetric band រវាង conduction band និងតម្លៃ valence band ហើយធានាថាភាពមិនដំណើរការនៃ band conduction គឺធំជាង valence band discontinuity (ΔEc>>ΔEv)។ បើប្រៀបធៀបជាមួយវត្ថុធាតុច្រើន InGaAs អត្រាអ៊ីយ៉ុងអេឡិចត្រុងអណ្តូងរ៉ែ (ក) គឺកើនឡើងយ៉ាងខ្លាំង ហើយអេឡិចត្រុង និងរន្ធទទួលបានថាមពលបន្ថែម។ ដោយសារតែ ΔEc>> ΔEv វាអាចត្រូវបានគេរំពឹងថាថាមពលដែលទទួលបានដោយអេឡិចត្រុងបង្កើនអត្រាអ៊ីយ៉ូដអេឡិចត្រុងច្រើនជាងការរួមចំណែកនៃថាមពលរន្ធទៅនឹងអត្រាអ៊ីយ៉ូដនៃរន្ធ (ខ) ។ សមាមាត្រ (k) នៃអត្រាអ៊ីយ៉ូដអេឡិចត្រុងទៅនឹងអត្រាអ៊ីយ៉ូដនៃរន្ធកើនឡើង។ ដូច្នេះផលិតផលដែលមានកម្រិតបញ្ជូនខ្ពស់ (GBW) និងសំឡេងរំខានទាបអាចទទួលបានដោយការអនុវត្តរចនាសម្ព័ន្ធ superlattice ។ ទោះជាយ៉ាងណាក៏ដោយ រចនាសម្ព័ន្ធអណ្តូងរ៉ែ InGaAs/InAlAs APD ដែលអាចបង្កើនតម្លៃ k គឺពិបាកក្នុងការអនុវត្តចំពោះអ្នកទទួលអុបទិក។ នេះគឺដោយសារតែកត្តាមេគុណដែលប៉ះពាល់ដល់ការឆ្លើយតបអតិបរមាត្រូវបានកំណត់ដោយចរន្តងងឹត មិនមែនសម្លេងរំខានមេគុណនោះទេ។ នៅក្នុងរចនាសម្ព័ន្ធនេះ ចរន្តងងឹតត្រូវបានបង្កឡើងជាចម្បងដោយឥទ្ធិពលផ្លូវរូងក្រោមដីនៃស្រទាប់អណ្តូង InGaAs ជាមួយនឹងគម្លាតក្រុមតន្រ្តីតូចចង្អៀត ដូច្នេះការណែនាំនៃយ៉ាន់ស្ព័រ quaternary គម្លាតធំទូលាយដូចជា InGaAsP ឬ InAlGaAs ជំនួសឱ្យ InGaAs ជាស្រទាប់អណ្តូង។ រចនាសម្ព័ន្ធអណ្តូងរ៉ែ quantum អាចទប់ស្កាត់ចរន្តងងឹត។
ពេលវេលាផ្សាយ៖ ១៣-វិច្ឆិកា-២០២៣