ची रचनाInGaAs फोटोडिटेक्टर
१९८० च्या दशकापासून, देश-विदेशातील संशोधकांनी InGaAs फोटोडिटेक्टरच्या संरचनेचा अभ्यास केला आहे, जे प्रामुख्याने तीन प्रकारांमध्ये विभागले गेले आहेत. ते आहेत InGaAs मेटल-सेमीकंडक्टर-मेटल फोटोडिटेक्टर (MSM-PD), InGaAs पिन फोटोडिटेक्टर (PIN-PD), आणि InGaAs अ‍ॅव्हलांच फोटोडिटेक्टर (APD-PD). वेगवेगळ्या रचना असलेल्या InGaAs फोटोडिटेक्टरच्या निर्मिती प्रक्रियेत आणि किमतीत लक्षणीय फरक आहेत आणि उपकरणाच्या कामगिरीतही मोठे फरक आहेत.
InGaAs धातू-अर्धवाहक-धातूफोटोडिटेक्टरआकृती (अ) मध्ये दाखवलेले, हे स्कॉटकी जंक्शनवर आधारित एक विशेष रचना आहे. १९९२ मध्ये, शी आणि इतरांनी एपिटॅक्सी थर वाढवण्यासाठी कमी दाबाच्या धातू-सेंद्रिय वाष्प फेज एपिटॅक्सी तंत्रज्ञानाचा (LP-MOVPE) वापर केला आणि InGaAs MSM फोटोडिटेक्टर तयार केला, ज्याची १.३ μm तरंगलांबीवर ०.४२ A/W ची उच्च प्रतिसादक्षमता आणि १.५ V वर ५.६ pA/ μm² पेक्षा कमी गडद प्रवाह आहे. १९९६ मध्ये, झांग आणि इतरांनी InAlAs-InGaAs-InP एपिटॅक्सी थर वाढवण्यासाठी गॅस फेज मॉलिक्युलर बीम एपिटॅक्सी (GSMBE) वापरली. InAlAs थराने उच्च प्रतिरोधकता वैशिष्ट्ये दर्शविली आणि एक्स-रे विवर्तन मापनाद्वारे वाढीची परिस्थिती अनुकूलित केली गेली, ज्यामुळे InGaAs आणि InAlAs थरांमधील जाळी जुळत नाही ती १×१०⁻³ च्या मर्यादेत होती. यामुळे १० V वर ०.७५ pA/μm² पेक्षा कमी गडद प्रवाहासह आणि ५ V वर १६ ps पर्यंत जलद क्षणिक प्रतिसादासह डिव्हाइसची कार्यक्षमता ऑप्टिमाइझ होते. एकूणच, MSM स्ट्रक्चर फोटोडिटेक्टर सोपे आणि एकत्रित करण्यास सोपे आहे, कमी गडद प्रवाह (pA ऑर्डर) दर्शविते, परंतु मेटल इलेक्ट्रोड डिव्हाइसचे प्रभावी प्रकाश शोषण क्षेत्र कमी करेल, म्हणून प्रतिसाद इतर संरचनांपेक्षा कमी असेल.
InGaAs PIN फोटोडिटेक्टर आकृती (b) मध्ये दाखवल्याप्रमाणे, P-प्रकार संपर्क थर आणि N-प्रकार संपर्क थर यांच्यामध्ये एक आंतरिक थर घालतो, ज्यामुळे डिप्लेशन प्रदेशाची रुंदी वाढते, त्यामुळे अधिक इलेक्ट्रॉन-होल जोड्या रेडिएट होतात आणि एक मोठा फोटोकरंट तयार होतो, त्यामुळे त्याची उत्कृष्ट इलेक्ट्रॉन वाहक कार्यक्षमता असते. २००७ मध्ये, A.Poloczek आणि इतरांनी पृष्ठभागाची खडबडीतपणा सुधारण्यासाठी आणि Si आणि InP मधील जाळीच्या विसंगतीवर मात करण्यासाठी कमी-तापमानाचा बफर थर वाढवण्यासाठी MBE चा वापर केला. InP सब्सट्रेटवर InGaAs PIN रचना एकत्रित करण्यासाठी MOCVD चा वापर करण्यात आला आणि डिव्हाइसची प्रतिसादक्षमता सुमारे 0.57A/W होती. २०११ मध्ये, आर्मी रिसर्च लॅबोरेटरी (ALR) ने नेव्हिगेशन, अडथळा/टक्कर टाळणे आणि लहान मानवरहित जमिनीवरील वाहनांसाठी शॉर्ट-रेंज टार्गेट डिटेक्शन/ओळख यासाठी liDAR इमेजरचा अभ्यास करण्यासाठी PIN फोटोडिटेक्टरचा वापर केला, जो कमी किमतीच्या मायक्रोवेव्ह अॅम्प्लिफायर चिपसह एकत्रित केला गेला ज्याने InGaAs PIN फोटोडिटेक्टरच्या सिग्नल-टू-नॉइज रेशोमध्ये लक्षणीय सुधारणा केली. या आधारावर, २०१२ मध्ये, ALR ने रोबोट्ससाठी हा liDAR इमेजर वापरला, ज्याची डिटेक्शन रेंज ५० मीटर पेक्षा जास्त आणि रिझोल्यूशन २५६ × १२८ होते.
इनगाएहिमस्खलन फोटोडिटेक्टरहा एक प्रकारचा फोटोडिटेक्टर आहे ज्यामध्ये गेन आहे, ज्याची रचना आकृती (c) मध्ये दर्शविली आहे. इलेक्ट्रॉन-होल जोडी दुहेरी क्षेत्राच्या आत विद्युत क्षेत्राच्या क्रियेखाली पुरेशी ऊर्जा मिळवते, जेणेकरून अणूशी टक्कर होईल, नवीन इलेक्ट्रॉन-होल जोड्या निर्माण होतील, हिमस्खलन परिणाम तयार होईल आणि पदार्थातील असंतुलन वाहकांना गुणाकार करता येईल. २०१३ मध्ये, जॉर्ज एम ने MBE चा वापर InP सब्सट्रेटवर जाळीशी जुळणारे InGaAs आणि InAlAs मिश्रधातू वाढवण्यासाठी केला, मिश्रधातूच्या रचनेत बदल, एपिटॅक्सियल लेयर जाडी आणि मॉड्युलेटेड कॅरियर उर्जेमध्ये डोपिंग वापरून छिद्र आयनीकरण कमी करताना इलेक्ट्रोशॉक आयनीकरण जास्तीत जास्त केले. समतुल्य आउटपुट सिग्नल गेनवर, APD कमी आवाज आणि कमी गडद प्रवाह दर्शवितो. २०१६ मध्ये, सन जियानफेंग आणि इतरांनी InGaAs हिमस्खलन फोटोडिटेक्टरवर आधारित १५७० एनएम लेसर सक्रिय इमेजिंग प्रायोगिक प्लॅटफॉर्मचा संच तयार केला.एपीडी फोटोडिटेक्टरप्रतिध्वनी प्राप्त होतात आणि थेट डिजिटल सिग्नल आउटपुट करतात, ज्यामुळे संपूर्ण उपकरण कॉम्पॅक्ट होते. प्रायोगिक परिणाम आकृती (d) आणि (e) मध्ये दर्शविले आहेत. आकृती (d) ही इमेजिंग लक्ष्याची भौतिक छायाचित्रे आहेत आणि आकृती (e) ही त्रिमितीय अंतराची प्रतिमा आहे. हे स्पष्टपणे दिसून येते की क्षेत्र c च्या विंडो क्षेत्रामध्ये क्षेत्र A आणि b सह विशिष्ट खोलीचे अंतर आहे. प्लॅटफॉर्म पल्स रुंदी 10 ns पेक्षा कमी, सिंगल पल्स एनर्जी (1 ~ 3) mJ समायोज्य, रिसीव्हिंग लेन्स फील्ड अँगल 2°, रिपीटेशन फ्रिक्वेन्सी 1 kHz, डिटेक्टर ड्यूटी रेशो सुमारे 60% प्राप्त करतो. APD च्या अंतर्गत फोटोकरंट गेन, जलद प्रतिसाद, कॉम्पॅक्ट आकार, टिकाऊपणा आणि कमी किमतीमुळे, APD फोटोडिटेक्टर हे PIN फोटोडिटेक्टरपेक्षा डिटेक्शन रेटमध्ये जास्त प्रमाणात असू शकतात, म्हणून सध्याच्या मुख्य प्रवाहातील liDAR मध्ये प्रामुख्याने हिमस्खलन फोटोडिटेक्टरचे वर्चस्व आहे.
एकंदरीत, देश-विदेशात InGaAs तयारी तंत्रज्ञानाच्या जलद विकासासह, आम्ही InP सब्सट्रेटवर मोठ्या-क्षेत्राचा उच्च-गुणवत्तेचा InGaAs एपिटॅक्सियल थर तयार करण्यासाठी MBE, MOCVD, LPE आणि इतर तंत्रज्ञानाचा कुशलतेने वापर करू शकतो. InGaAs फोटोडिटेक्टर कमी गडद प्रवाह आणि उच्च प्रतिसादक्षमता दर्शवतात, सर्वात कमी गडद प्रवाह 0.75 pA/μm² पेक्षा कमी असतो, कमाल प्रतिसादक्षमता 0.57 A/W पर्यंत असते आणि जलद क्षणिक प्रतिसाद (ps ऑर्डर) असतो. InGaAs फोटोडिटेक्टरचा भविष्यातील विकास खालील दोन पैलूंवर लक्ष केंद्रित करेल: (1) InGaAs एपिटॅक्सियल थर थेट Si सब्सट्रेटवर वाढवला जातो. सध्या, बाजारात बहुतेक मायक्रोइलेक्ट्रॉनिक उपकरणे Si आधारित आहेत आणि त्यानंतर InGaAs आणि Si आधारित एकात्मिक विकास हा सामान्य ट्रेंड आहे. InGaAs/Si च्या अभ्यासासाठी जाळी जुळत नाही आणि थर्मल विस्तार गुणांक फरक यासारख्या समस्या सोडवणे महत्वाचे आहे; (२) १५५० एनएम तरंगलांबी तंत्रज्ञान परिपक्व झाले आहे आणि विस्तारित तरंगलांबी (२.० ~ २.५) μm ही भविष्यातील संशोधनाची दिशा आहे. इन घटकांच्या वाढीसह, इनपी सब्सट्रेट आणि इनजीएएएस एपिटॅक्सियल लेयरमधील जाळीच्या विसंगतीमुळे अधिक गंभीर विस्थापन 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-०६-२०२४