ऑप्टिकल डायग्नोस्टिक उपकरण में डायोड की प्रतिक्रिया गति कितनी महत्वपूर्ण है?

1, तकनीकी सिद्धांत: प्रतिक्रिया गति का भौतिक सार
डायोड की प्रतिक्रिया गति अनिवार्य रूप से फोटो जनित चार्ज वाहकों की पीढ़ी, संचरण और पुनर्संयोजन प्रक्रियाओं का एक व्यापक प्रतिबिंब है। जब फोटॉन ऊर्जा अर्धचालक सामग्री की बैंडगैप चौड़ाई से अधिक हो जाती है, तो वैलेंस बैंड इलेक्ट्रॉन इलेक्ट्रॉन छेद जोड़े बनाने के लिए चालन बैंड में स्थानांतरित हो जाते हैं, जिससे निर्मित विद्युत क्षेत्र की कार्रवाई के तहत फोटोकरंट उत्पन्न होता है। इस प्रक्रिया में तीन प्रमुख समय पैरामीटर शामिल हैं:

वाहक पीढ़ी का समय: सामग्री अवशोषण गुणांक के प्रभाव के कारण, गैलियम आर्सेनाइड (GaAs) जैसी प्रत्यक्ष बैंडगैप सामग्री पिकोसेकंड में फोटॉन अवशोषण और वाहक पीढ़ी को पूरा कर सकती है, जबकि सिलिकॉन जैसी अप्रत्यक्ष बैंडगैप सामग्री को नैनोसेकंड की आवश्यकता होती है।
वाहक पारगमन समय: पिन डायोड आंतरिक परत की मोटाई को अनुकूलित करके वाहक परिवहन पथ को माइक्रोमीटर स्तर तक छोटा कर देते हैं, और इंडियम फॉस्फाइड InP जैसी उच्च इलेक्ट्रॉन गतिशीलता सामग्री के साथ, पारगमन समय को 10ps के भीतर नियंत्रित किया जा सकता है।
जंक्शन कैपेसिटेंस प्रभाव: डायोड की परजीवी कैपेसिटेंस आरसी देरी का निर्माण करेगी। हेटेरोजंक्शन संरचना और सतह निष्क्रियता तकनीक का उपयोग करके, जंक्शन कैपेसिटेंस को 0.1pF से कम किया जा सकता है, जिससे उच्च आवृत्ति प्रतिक्रिया क्षमता में काफी सुधार होता है।
एक उदाहरण के रूप में लिडार परीक्षण में टेक्ट्रोनिक्स ऑसिलोस्कोप के अनुप्रयोग को लेते हुए, इसका हिमस्खलन फोटोडायोड (एपीडी) आंतरिक लाभ तंत्र के माध्यम से 1550nm तरंग दैर्ध्य पर 0.5ns प्रतिक्रिया समय प्राप्त कर सकता है, और 20GHz बैंडविड्थ ऑसिलोस्कोप के साथ नैनोसेकंड लेजर पल्स के राउंड {2}ट्रिप समय को सटीक रूप से कैप्चर कर सकता है, ताकि यह सुनिश्चित हो सके कि ऑटो ड्राइव सिस्टम 200 मीटर की दूरी के भीतर सेंटीमीटर स्तर की स्थिति सटीकता प्राप्त कर सके।

2, अनुप्रयोग परिदृश्य: गति सिस्टम दक्षता निर्धारित करती है
1. औद्योगिक स्वचालन परीक्षण
3C उत्पादों की सतह दोष का पता लगाने में, रैखिक सीसीडी कैमरा 0.1 सेकंड के भीतर A4 आकार पैनलों की माइक्रोमीटर स्तर दोष पहचान को पूरा करने के लिए, 2ns के प्रतिक्रिया समय के साथ InGaAs फोटोडायोड सरणी का उपयोग करता है, जो 100kHz लाइन स्कैनिंग आवृत्ति के साथ संयुक्त होता है। एक सेमीकंडक्टर पैकेजिंग कंपनी ने 0.5ns रिस्पॉन्सिव APD सेंसर में अपग्रेड करके अपने वेफर डिटेक्शन थ्रूपुट को 300 वेफर्स प्रति घंटे से बढ़ाकर 800 वेफर्स प्रति घंटे कर दिया है, जिसके परिणामस्वरूप समग्र उपकरण दक्षता (OEE) में 37% की वृद्धि हुई है।

2. मेडिकल इमेजिंग निदान
OCT (ऑप्टिकल कोहेरेंस टोमोग्राफी) उपकरण में, संतुलित डिटेक्टर एक दोहरी पिन डायोड अंतर संरचना को अपनाता है, जो 0.3ns के प्रतिक्रिया समय के साथ 1310nm की तरंग दैर्ध्य पर 15 μm अक्षीय रिज़ॉल्यूशन प्राप्त करता है। नेत्र ओसीटी प्रणाली के उन्नयन के बाद, रेटिना की दस परत संरचना को स्पष्ट रूप से पहचाना जा सकता है, जो मधुमेह रेटिनोपैथी के प्रारंभिक निदान की सटीकता को 78% से 92% तक सुधारता है।

3. लेजर संचार प्रणाली
100Gbps ऑप्टिकल मॉड्यूल में, एक पिन डायोड ट्रांसइम्पेडेंस एम्पलीफायर (TIA) के साथ मिलकर 1550nm की तरंग दैर्ध्य पर 0.8ns का प्रतिक्रिया समय प्राप्त करता है, जिससे यह सुनिश्चित होता है कि आंख खोलने और बंद करने की डिग्री 80% से अधिक है और बिट त्रुटि दर (BER) 10 ⁻¹² से बेहतर है। एक डेटा सेंटर ने एकल फाइबर ट्रांसमिशन क्षमता को 40Tbps से 100Tbps तक बढ़ाने के लिए इस तकनीक को तैनात किया है, जिससे यूनिट बिट ऊर्जा खपत 42% कम हो गई है।

4. पर्यावरण निगरानी क्षेत्र
LIDAR वायुमंडलीय पहचान प्रणाली में, 0.2ns के प्रतिक्रिया समय के साथ एक APD सरणी का उपयोग किया जाता है, जिसे 532nm लेजर दालों के साथ जोड़कर, 20 किमी की ऊंचाई सीमा के भीतर वास्तविक-समय में एयरोसोल एकाग्रता वितरण की निगरानी की जाती है। अपने उपकरणों को अपग्रेड करने के बाद, मौसम विभाग ने PM2.5 की भविष्यवाणी का समय 6 घंटे से बढ़ाकर 24 घंटे कर दिया, जिससे पूर्वानुमान की सटीकता 18 प्रतिशत अंक बढ़ गई।

3, प्रदर्शन अनुकूलन: बहुआयामी तकनीकी सफलताएँ
1. सामग्री नवाचार
गैलियम नाइट्राइड (GaN) आधारित डायोड 405nm की तरंग दैर्ध्य पर 0.1ns प्रतिक्रिया प्राप्त करते हैं, जो पारंपरिक GaAs सामग्रियों से पांच गुना अधिक है। इन्हें ब्लू लाइट डीवीडी रीडिंग हेड्स और अंडरवाटर लेजर संचार में लागू किया गया है।
क्वांटम डॉट सामग्री मल्टीस्पेक्ट्रल निदान की आवश्यकताओं को पूरा करते हुए, बैंडगैप चौड़ाई को समायोजित करके डायोड प्रतिक्रिया की तरंग दैर्ध्य सीमा को 300-2000 एनएम तक विस्तारित करती है।
2. संरचनात्मक अनुकूलन
सतह प्लास्मोन संवर्धित संरचना धातु नैनोकणों के स्थानीय क्षेत्र वृद्धि प्रभाव के माध्यम से फोटोइलेक्ट्रिक रूपांतरण दक्षता को 30% तक बढ़ाती है, जबकि 0.5ns की प्रतिक्रिया गति बनाए रखती है।
3डी एकीकरण तकनीक टीआईए चिप्स के साथ डायोड को लंबवत रूप से स्टैक करती है, परजीवी कैपेसिटेंस को 60% तक कम करती है और 30GHz से अधिक मॉड्यूल प्रतिक्रिया बैंडविड्थ प्राप्त करती है।
3. प्रक्रिया में सुधार
मॉलिक्यूलर बीम एपिटैक्सी (एमबीई) तकनीक परमाणु स्तर की सपाटता के साथ अर्धचालक परतों की तैयारी को नियंत्रित कर सकती है, डार्क करंट को 0.1nA तक कम कर सकती है और सिग्नल को 20dB तक शोर अनुपात में सुधार कर सकती है।
डीप रिएक्टिव आयन नक़्क़ाशी (DRIE) तकनीक सूक्ष्म पैमाने पर संरचनात्मक प्रसंस्करण प्राप्त करती है, डायोड जंक्शन कैपेसिटेंस को 0.05pF तक कम करती है और उच्च आवृत्ति विशेषताओं में उल्लेखनीय सुधार करती है।