ची रचनाInGaAs फोटोडिटेक्टर
1980 पासून, देश-विदेशातील संशोधकांनी InGaAs फोटोडिटेक्टर्सच्या संरचनेचा अभ्यास केला आहे, जे प्रामुख्याने तीन प्रकारांमध्ये विभागले गेले आहेत. ते आहेत InGaAs मेटल-सेमीकंडक्टर-मेटल फोटोडेटेक्टर (MSM-PD), InGaAs पिन फोटोडेटेक्टर (पिन-पीडी), आणि InGaAs हिमस्खलन फोटोडेटेक्टर (APD-PD). वेगवेगळ्या रचनांसह InGaAs फोटोडिटेक्टर्सच्या फॅब्रिकेशन प्रक्रियेत आणि किंमतीमध्ये लक्षणीय फरक आहेत आणि डिव्हाइसच्या कार्यक्षमतेमध्ये देखील खूप फरक आहेत.
InGaAs मेटल-सेमीकंडक्टर-मेटलफोटोडिटेक्टर, आकृती (a) मध्ये दर्शविलेले, Schottky जंक्शनवर आधारित एक विशेष रचना आहे. 1992 मध्ये, शि एट अल. एपिटॅक्सी लेयर्स वाढवण्यासाठी लो प्रेशर मेटल-ऑरगॅनिक व्हेपर फेज एपिटॅक्सी टेक्नॉलॉजी (LP-MOVPE) वापरली आणि InGaAs MSM फोटोडेटेक्टर तयार केले, ज्यात 1.3 μm च्या तरंगलांबीमध्ये 0.42 A/W ची उच्च प्रतिक्रिया आणि 5.6 pA/ पेक्षा कमी गडद प्रवाह आहे. 1.5 V वर μm². 1996 मध्ये, झांग एट al InAlAs-InGaAs-InP एपिटॅक्सी लेयर वाढवण्यासाठी गॅस फेज आण्विक बीम एपिटॅक्सी (GSMBE) वापरले. InAlAs लेयरने उच्च प्रतिरोधकता वैशिष्ट्ये दर्शविली आणि एक्स-रे डिफ्रॅक्शन मापनाद्वारे वाढीची परिस्थिती ऑप्टिमाइझ केली गेली, ज्यामुळे InGaAs आणि InAlAs लेयर्समधील जाळीची जुळणी 1×10⁻³ च्या मर्यादेत होती. याचा परिणाम 10 V वर 0.75 pA/μm² पेक्षा कमी गडद प्रवाहासह आणि 5 V वर 16 ps पर्यंत जलद क्षणिक प्रतिसादासह ऑप्टिमाइझ केलेले डिव्हाइस कार्यप्रदर्शन होते. एकूणच, MSM संरचना फोटोडिटेक्टर साधे आणि एकत्रित करणे सोपे आहे, कमी गडद प्रवाह (pA) दर्शविते ऑर्डर), परंतु मेटल इलेक्ट्रोड डिव्हाइसचे प्रभावी प्रकाश शोषण क्षेत्र कमी करेल, त्यामुळे प्रतिसाद इतर संरचनांपेक्षा कमी आहे.
InGaAs पिन फोटोडिटेक्टर आकृती (b) मध्ये दर्शविल्याप्रमाणे पी-टाइप कॉन्टॅक्ट लेयर आणि एन-टाइप कॉन्टॅक्ट लेयर दरम्यान एक आंतरिक स्तर घालतो, ज्यामुळे डिप्लीशन क्षेत्राची रुंदी वाढते, अशा प्रकारे अधिक इलेक्ट्रॉन-होल जोड्या तयार होतात. मोठे फोटोक्युरंट, त्यामुळे त्यात उत्कृष्ट इलेक्ट्रॉन वहन कार्यक्षमता आहे. 2007 मध्ये, A.Poloczek et al. पृष्ठभागाचा खडबडीतपणा सुधारण्यासाठी आणि Si आणि InP मधील जाळीच्या विसंगतीवर मात करण्यासाठी कमी-तापमानाचा बफर स्तर वाढविण्यासाठी MBE चा वापर केला. MOCVD चा वापर InP सब्सट्रेटवर InGaAs पिन स्ट्रक्चर समाकलित करण्यासाठी केला गेला आणि डिव्हाइसची प्रतिक्रिया सुमारे 0.57A /W होती. 2011 मध्ये, आर्मी रिसर्च लॅबोरेटरी (ALR) ने कमी किमतीच्या मायक्रोवेव्ह ॲम्प्लिफायर चिपसह एकात्मिक असलेल्या लहान मानवरहित ग्राउंड वाहनांसाठी नेव्हिगेशन, अडथळे/टक्कर टाळणे आणि शॉर्ट-रेंज टार्गेट डिटेक्शन/आयडेंटिफिकेशनसाठी liDAR इमेजरचा अभ्यास करण्यासाठी PIN फोटोडिटेक्टरचा वापर केला. InGaAs PIN चे सिग्नल-टू-आवाज गुणोत्तर लक्षणीयरीत्या सुधारले फोटोडिटेक्टर. या आधारावर, 2012 मध्ये, ALR ने रोबोट्ससाठी हा liDAR इमेजर वापरला, ज्याची डिटेक्शन रेंज 50 मी पेक्षा जास्त आणि 256 × 128 रिझोल्यूशन आहे.
InGaAsहिमस्खलन फोटोडिटेक्टरलाभासह एक प्रकारचा फोटोडिटेक्टर आहे, ज्याची रचना आकृती (सी) मध्ये दर्शविली आहे. इलेक्ट्रॉन-होल जोडीला दुप्पट क्षेत्रामध्ये विद्युत क्षेत्राच्या क्रिया अंतर्गत पुरेशी ऊर्जा मिळते, ज्यामुळे अणूशी टक्कर होऊ शकते, नवीन इलेक्ट्रॉन-होल जोड्या तयार होतात, हिमस्खलन प्रभाव तयार होतो आणि सामग्रीमध्ये समतोल नसलेल्या वाहकांचा गुणाकार होतो. . 2013 मध्ये, जॉर्ज M ने इनपी सब्सट्रेटवर जाळी जुळणारे InGaAs आणि InAlAs मिश्रधातू वाढवण्यासाठी MBE चा वापर केला, मिश्रधातूची रचना, एपिटॅक्सियल लेयर जाडी आणि मॉड्युलेटेड वाहक उर्जेमध्ये डोपिंग वापरून इलेक्ट्रोशॉक आयनीकरण कमी करताना जास्तीत जास्त इलेक्ट्रोशॉक आयनीकरण केले. समतुल्य आउटपुट सिग्नल गेनवर, APD कमी आवाज आणि कमी गडद प्रवाह दाखवते. 2016 मध्ये, सन जियानफेंग एट अल. InGaAs avalanche photodetector वर आधारित 1570 nm लेसर सक्रिय इमेजिंग प्रायोगिक प्लॅटफॉर्मचा संच तयार केला. चे अंतर्गत सर्किटएपीडी फोटोडिटेक्टरप्रतिध्वनी प्राप्त होतात आणि थेट डिजिटल सिग्नल आउटपुट करतात, ज्यामुळे संपूर्ण उपकरण कॉम्पॅक्ट होते. प्रायोगिक परिणाम अंजीर मध्ये दर्शविले आहेत. (d) आणि (e). आकृती (d) हा इमेजिंग लक्ष्याचा एक भौतिक फोटो आहे आणि आकृती (e) ही त्रिमितीय अंतराची प्रतिमा आहे. हे स्पष्टपणे पाहिले जाऊ शकते की क्षेत्र c च्या खिडकीच्या क्षेत्रामध्ये A आणि b क्षेत्रासह विशिष्ट खोलीचे अंतर आहे. प्लॅटफॉर्म पल्स रुंदी 10 ns पेक्षा कमी, सिंगल पल्स एनर्जी (1 ~ 3) mJ समायोज्य, 2° चा लेन्स फील्ड अँगल, 1 kHz ची पुनरावृत्ती वारंवारता, सुमारे 60% डिटेक्टर ड्यूटी रेशो लक्षात घेते. APD च्या अंतर्गत फोटोक्युरंट लाभ, जलद प्रतिसाद, संक्षिप्त आकार, टिकाऊपणा आणि कमी किमतीमुळे धन्यवाद, APD फोटोडिटेक्टर हे पिन फोटोडिटेक्टर्सपेक्षा डिटेक्शन रेटमध्ये जास्त प्रमाणात असू शकतात, म्हणून सध्याच्या मुख्य प्रवाहातील liDAR मध्ये प्रामुख्याने हिमस्खलन फोटोडिटेक्टर्सचे वर्चस्व आहे.
एकंदरीत, देश-विदेशात InGaAs तयारी तंत्रज्ञानाच्या झपाट्याने विकासासह, आम्ही मोठ्या-क्षेत्रातील उच्च-गुणवत्तेचा InGaAs एपिटॅक्सियल लेयर InP सब्सट्रेटवर तयार करण्यासाठी कुशलतेने MBE, MOCVD, LPE आणि इतर तंत्रज्ञानाचा वापर करू शकतो. InGaAs फोटोडिटेक्टर कमी गडद प्रवाह आणि उच्च प्रतिसाद दर्शवतात, सर्वात कमी गडद प्रवाह 0.75 pA/μm² पेक्षा कमी आहे, कमाल प्रतिसाद 0.57 A/W पर्यंत आहे आणि एक जलद क्षणिक प्रतिसाद (ps ऑर्डर) आहे. InGaAs photodetectors चा भविष्यातील विकास खालील दोन पैलूंवर लक्ष केंद्रित करेल: (1) InGaAs एपिटॅक्सियल लेयर थेट Si सब्सट्रेटवर वाढला आहे. सध्या, बाजारपेठेतील बहुतेक मायक्रोइलेक्ट्रॉनिक उपकरणे Si आधारित आहेत आणि InGaAs आणि Si आधारित नंतरच्या एकात्मिक विकासाचा सामान्य कल आहे. InGaAs/Si च्या अभ्यासासाठी लॅटिस न जुळणे आणि थर्मल विस्तार गुणांक फरक यासारख्या समस्यांचे निराकरण करणे महत्वाचे आहे; (2) 1550 nm तरंगलांबी तंत्रज्ञान परिपक्व झाले आहे, आणि विस्तारित तरंगलांबी (2.0 ~ 2.5) μm ही भविष्यातील संशोधनाची दिशा आहे. In घटकांच्या वाढीसह, InP सब्सट्रेट आणि InGaAs epitaxial लेयरमधील जाळीच्या विसंगतीमुळे अधिक गंभीर विघटन आणि दोष निर्माण होतील, म्हणून डिव्हाइस प्रक्रिया पॅरामीटर्स ऑप्टिमाइझ करणे, जाळीतील दोष कमी करणे आणि डिव्हाइसचा गडद प्रवाह कमी करणे आवश्यक आहे.
पोस्ट वेळ: मे-06-2024