សង្ខេប៖ រចនាសម្ព័ន្ធមូលដ្ឋាន និងគោលការណ៍ធ្វើការរបស់ឧបករណ៍ចាប់រូបភាពព្រិលធ្លាក់ (ឧបករណ៍ចាប់ពន្លឺ APD) ត្រូវបានណែនាំ ដំណើរការវិវត្តន៍នៃរចនាសម្ព័ន្ធឧបករណ៍ត្រូវបានវិភាគ ស្ថានភាពស្រាវជ្រាវបច្ចុប្បន្នត្រូវបានសង្ខេប ហើយការអភិវឌ្ឍនាពេលអនាគតរបស់ APD ត្រូវបានសិក្សាជាមុន។
១. សេចក្តីផ្តើម
ឧបករណ៍ចាប់ពន្លឺគឺជាឧបករណ៍ដែលបំលែងសញ្ញាពន្លឺទៅជាសញ្ញាអគ្គិសនី។ នៅក្នុងឧបករណ៍ចាប់ពន្លឺពាក់កណ្តាលចរន្តអគ្គិសនីសារធាតុបញ្ជូនដែលបង្កើតដោយរូបថតដែលរំភើបដោយហ្វូតុងដែលកើតឡើងចូលទៅក្នុងសៀគ្វីខាងក្រៅក្រោមវ៉ុលលំអៀងដែលបានអនុវត្ត ហើយបង្កើតជាចរន្តពន្លឺដែលអាចវាស់វែងបាន។ សូម្បីតែនៅកម្រិតឆ្លើយតបអតិបរមាក៏ដោយ ហ្វូតតូឌីយ៉ូដ PIN អាចបង្កើតបានតែគូនៃគូរន្ធអេឡិចត្រុងប៉ុណ្ណោះ ដែលជាឧបករណ៍ដែលគ្មានការកើនឡើងខាងក្នុង។ សម្រាប់ការឆ្លើយតបកាន់តែច្រើន ហ្វូតតូឌីយ៉ូដ avalanche (APD) អាចត្រូវបានប្រើ។ ឥទ្ធិពលពង្រីកនៃ APD លើចរន្តពន្លឺគឺផ្អែកលើឥទ្ធិពលប៉ះទង្គិចអ៊ីយ៉ូដ។ ក្រោមលក្ខខណ្ឌជាក់លាក់ អេឡិចត្រុង និងរន្ធដែលបានបង្កើនល្បឿនអាចទទួលបានថាមពលគ្រប់គ្រាន់ដើម្បីប៉ះទង្គិចជាមួយបន្ទះឈើដើម្បីបង្កើតគូរន្ធអេឡិចត្រុងថ្មីមួយគូ។ ដំណើរការនេះគឺជាប្រតិកម្មខ្សែសង្វាក់ ដូច្នេះគូនៃគូរន្ធអេឡិចត្រុងដែលបង្កើតឡើងដោយការស្រូបយកពន្លឺអាចបង្កើតគូរន្ធអេឡិចត្រុងមួយចំនួនធំ និងបង្កើតជាចរន្តពន្លឺបន្ទាប់បន្សំដ៏ធំមួយ។ ដូច្នេះ APD មានការឆ្លើយតបខ្ពស់ និងការទទួលបានខាងក្នុង ដែលធ្វើអោយប្រសើរឡើងនូវសមាមាត្រសញ្ញាទៅនឹងសំឡេងរំខាននៃឧបករណ៍។ APD ភាគច្រើននឹងត្រូវបានប្រើនៅក្នុងប្រព័ន្ធទំនាក់ទំនងខ្សែកាបអុបទិកចម្ងាយឆ្ងាយ ឬតូចជាងជាមួយនឹងដែនកំណត់ផ្សេងទៀតលើថាមពលអុបទិកដែលទទួលបាន។ បច្ចុប្បន្ននេះ អ្នកជំនាញឧបករណ៍អុបទិកជាច្រើនមានសុទិដ្ឋិនិយមយ៉ាងខ្លាំងអំពីទស្សនវិស័យរបស់ APD ហើយជឿជាក់ថាការស្រាវជ្រាវរបស់ APD គឺចាំបាច់ដើម្បីបង្កើនសមត្ថភាពប្រកួតប្រជែងអន្តរជាតិនៃវិស័យពាក់ព័ន្ធ។
២. ការអភិវឌ្ឍបច្ចេកទេសនៃឧបករណ៍ចាប់រូបភាពព្រិលធ្លាក់(ឧបករណ៍ចាប់ពន្លឺ APD)
២.១ សម្ភារៈ
(1)ឧបករណ៍ចាប់ពន្លឺ Si
បច្ចេកវិទ្យាសម្ភារៈ Si គឺជាបច្ចេកវិទ្យាចាស់ទុំមួយ ដែលត្រូវបានប្រើប្រាស់យ៉ាងទូលំទូលាយនៅក្នុងវិស័យមីក្រូអេឡិចត្រូនិច ប៉ុន្តែវាមិនស័ក្តិសមសម្រាប់ការរៀបចំឧបករណ៍ក្នុងជួររលកពន្លឺ 1.31 មីលីម៉ែត្រ និង 1.55 មីលីម៉ែត្រ ដែលត្រូវបានទទួលយកជាទូទៅនៅក្នុងវិស័យទំនាក់ទំនងអុបទិកនោះទេ។
(2) ជី
ទោះបីជាការឆ្លើយតបវិសាលគមរបស់ Ge APD គឺសមស្របសម្រាប់តម្រូវការនៃការខាតបង់ទាប និងការបែកខ្ចាត់ខ្ចាយទាបក្នុងការបញ្ជូនខ្សែកាបអុបទិកក៏ដោយ ក៏នៅមានការលំបាកយ៉ាងខ្លាំងនៅក្នុងដំណើរការរៀបចំ។ លើសពីនេះ សមាមាត្រអត្រាអ៊ីយ៉ូដអេឡិចត្រុង និងរន្ធរបស់ Ge គឺជិតនឹង ()1 ដូច្នេះវាពិបាកក្នុងការរៀបចំឧបករណ៍ APD ដែលមានដំណើរការខ្ពស់។
(3)In0.53Ga0.47As/InP
វាគឺជាវិធីសាស្ត្រដ៏មានប្រសិទ្ធភាពមួយក្នុងការជ្រើសរើស In0.53Ga0.47As ជាស្រទាប់ស្រូបយកពន្លឺនៃ APD និង InP ជាស្រទាប់គុណ។ កំពូលស្រូបយកនៃសម្ភារៈ In0.53Ga0.47As គឺ 1.65mm, 1.31mm, 1.55mm រលកពន្លឺគឺប្រហែល 104cm-1 មេគុណស្រូបយកខ្ពស់ ដែលជាសម្ភារៈដែលពេញចិត្តសម្រាប់ស្រទាប់ស្រូបយករបស់ឧបករណ៍ចាប់ពន្លឺនៅពេលបច្ចុប្បន្ន។
(៤)ឧបករណ៍ចាប់ពន្លឺ InGaAs/ក្នុងឧបករណ៍ចាប់ពន្លឺ
ដោយជ្រើសរើស InGaAsP ជាស្រទាប់ស្រូបយកពន្លឺ និង InP ជាស្រទាប់គុណ APD ដែលមានរលកឆ្លើយតប 1-1.4 មីលីម៉ែត្រ ប្រសិទ្ធភាពកង់ទិចខ្ពស់ ចរន្តងងឹតទាប និងការកើនឡើង avalanche ខ្ពស់អាចត្រូវបានរៀបចំ។ ដោយជ្រើសរើសសមាសធាតុយ៉ាន់ស្ព័រផ្សេងៗគ្នា ដំណើរការល្អបំផុតសម្រាប់រលកជាក់លាក់ត្រូវបានសម្រេច។
(5)InGaAs/InAlAs
សម្ភារៈ In0.52Al0.48As មានគម្លាតក្រុម (1.47 eV) ហើយមិនស្រូបយកនៅជួររលក 1.55 មីលីម៉ែត្រទេ។ មានភស្តុតាងដែលថាស្រទាប់អេពីតាក់ស៊ីស្តើង In0.52Al0.48As អាចទទួលបានលក្ខណៈទទួលបានល្អជាង InP ជាស្រទាប់គុណ ក្រោមលក្ខខណ្ឌនៃការចាក់អេឡិចត្រុងសុទ្ធ។
(6)InGaAs/InGaAs (P) /InAlAs និង InGaAs/In (Al) GaAs/InAlAs
អត្រាអ៊ីយ៉ូដនៃផលប៉ះពាល់នៃសម្ភារៈគឺជាកត្តាសំខាន់មួយដែលប៉ះពាល់ដល់ដំណើរការរបស់ APD។ លទ្ធផលបង្ហាញថាអត្រាអ៊ីយ៉ូដនៃការប៉ះទង្គិចនៃស្រទាប់គុណអាចត្រូវបានកែលម្អដោយការណែនាំរចនាសម្ព័ន្ធ InGaAs (P) /InAlAs និង In (Al) GaAs/InAlAs superlattice។ ដោយប្រើរចនាសម្ព័ន្ធ superlattice វិស្វកម្មក្រុមអាចគ្រប់គ្រងដោយសិប្បនិម្មិតនូវភាពមិនបន្តគែមក្រុមអសមមាត្ររវាងតម្លៃក្រុមចរន្ត និងតម្លៃក្រុមវ៉ាឡង់ ហើយធានាថាភាពមិនបន្តនៃក្រុមចរន្តមានទំហំធំជាងភាពមិនបន្តនៃក្រុមវ៉ាឡង់ (ΔEc>>ΔEv)។ បើប្រៀបធៀបជាមួយសម្ភារៈភាគច្រើន InGaAs អត្រាអ៊ីយ៉ូដអេឡិចត្រុងអណ្តូងកង់ទិច InGaAs/InAlAs (ក) ត្រូវបានកើនឡើងគួរឱ្យកត់សម្គាល់ ហើយអេឡិចត្រុង និងរន្ធទទួលបានថាមពលបន្ថែម។ ដោយសារតែ ΔEc>>ΔEv វាអាចត្រូវបានគេរំពឹងថាថាមពលដែលទទួលបានដោយអេឡិចត្រុងបង្កើនអត្រាអ៊ីយ៉ូដអេឡិចត្រុងច្រើនជាងការរួមចំណែកនៃថាមពលរន្ធទៅនឹងអត្រាអ៊ីយ៉ូដរន្ធ (ខ)។ សមាមាត្រ (k) នៃអត្រាអ៊ីយ៉ូដអេឡិចត្រុងទៅនឹងអត្រាអ៊ីយ៉ូដរន្ធកើនឡើង។ ដូច្នេះ ផលិតផលកម្រិតបញ្ជូនខ្ពស់ (GBW) និងដំណើរការសំឡេងទាប អាចទទួលបានដោយការអនុវត្តរចនាសម្ព័ន្ធបន្ទះធំ។ ទោះជាយ៉ាងណាក៏ដោយ រចនាសម្ព័ន្ធអណ្តូងកង់ទិច InGaAs/InAlAs នេះ APD ដែលអាចបង្កើនតម្លៃ k គឺពិបាកអនុវត្តចំពោះឧបករណ៍ទទួលអុបទិក។ នេះគឺដោយសារតែកត្តាគុណដែលប៉ះពាល់ដល់ការឆ្លើយតបអតិបរមាត្រូវបានកំណត់ដោយចរន្តងងឹត មិនមែនសំឡេងគុណទេ។ នៅក្នុងរចនាសម្ព័ន្ធនេះ ចរន្តងងឹតភាគច្រើនបណ្តាលមកពីឥទ្ធិពលរូងក្រោមដីនៃស្រទាប់អណ្តូង InGaAs ដែលមានគម្លាតក្រុមតូចចង្អៀត ដូច្នេះការណែនាំយ៉ាន់ស្ព័របួនដែលមានគម្លាតក្រុមធំ ដូចជា InGaAsP ឬ InAlGaAs ជំនួសឲ្យ InGaAs ជាស្រទាប់អណ្តូងនៃរចនាសម្ព័ន្ធអណ្តូងកង់ទិចអាចទប់ស្កាត់ចរន្តងងឹតបាន។
ពេលវេលាបង្ហោះ៖ ថ្ងៃទី ១៣ ខែវិច្ឆិកា ឆ្នាំ ២០២៣