हिमस्खलन फोटोडिटेक्टरचे नवीनतम संशोधन

नवीनतम संशोधनहिमस्खलन फोटोडिटेक्टर

इन्फ्रारेड डिटेक्शन तंत्रज्ञान लष्करी टेहळणी, पर्यावरण निरीक्षण, वैद्यकीय निदान आणि इतर क्षेत्रांमध्ये मोठ्या प्रमाणावर वापरले जाते. पारंपारिक इन्फ्रारेड डिटेक्टरमध्ये डिटेक्शन संवेदनशीलता, प्रतिसाद गती इत्यादी कार्यक्षमतेच्या बाबतीत काही मर्यादा आहेत. InAs/InAsSb क्लास II सुपरलॅटिस (T2SL) मटेरियलमध्ये उत्कृष्ट फोटोइलेक्ट्रिक गुणधर्म आणि ट्युनेबिलिटी असते, ज्यामुळे ते लाँग-वेव्ह इन्फ्रारेड (LWIR) डिटेक्टरसाठी आदर्श ठरतात. लाँग-वेव्ह इन्फ्रारेड डिटेक्शनमधील कमकुवत प्रतिसादाची समस्या ही बऱ्याच काळापासून चिंतेची बाब आहे, ज्यामुळे इलेक्ट्रॉनिक उपकरणांच्या वापराची विश्वसनीयता मोठ्या प्रमाणात मर्यादित होते. जरी अव्हॅलेंच फोटोडिटेक्टर (APD फोटोडिटेक्टर) ची प्रतिसाद कामगिरी उत्कृष्ट असली तरी, गुणाकारादरम्यान उच्च डार्क करंटची समस्या येते.

या समस्या सोडवण्यासाठी, चीनच्या इलेक्ट्रॉनिक विज्ञान आणि तंत्रज्ञान विद्यापीठातील एका संघाने यशस्वीरित्या एक उच्च-कार्यक्षम क्लास II सुपरलॅटिस (T2SL) लाँग-वेव्ह इन्फ्रारेड अव्हॅलेंच फोटोडायोड (APD) डिझाइन केला आहे. संशोधकांनी डार्क करंट कमी करण्यासाठी InAs/InAsSb T2SL शोषक थराच्या कमी ऑगर पुनर्संयोजन दराचा वापर केला. त्याच वेळी, पुरेसा गेन कायम ठेवत डिव्हाइसचा नॉईज दाबण्यासाठी कमी k मूल्याचे AlAsSb मल्टिप्लायर थर म्हणून वापरले आहे. हे डिझाइन लाँग वेव्ह इन्फ्रारेड डिटेक्शन तंत्रज्ञानाच्या विकासाला चालना देण्यासाठी एक आश्वासक उपाय प्रदान करते. डिटेक्टरमध्ये स्टेप्ड टियर्ड डिझाइनचा अवलंब केला आहे, आणि InAs व InAsSb च्या रचना गुणोत्तराचे समायोजन करून, बँड स्ट्रक्चरचे सुलभ संक्रमण साधले आहे, आणि डिटेक्टरची कार्यक्षमता सुधारली आहे. सामग्रीची निवड आणि तयारी प्रक्रियेच्या संदर्भात, या अभ्यासात डिटेक्टर तयार करण्यासाठी वापरल्या जाणाऱ्या InAs/InAsSb T2SL सामग्रीच्या वाढ पद्धतीचे आणि प्रक्रिया पॅरामीटर्सचे तपशीलवार वर्णन केले आहे. InAs/InAsSb T2SL ची रचना आणि जाडी निश्चित करणे महत्त्वाचे आहे आणि ताण संतुलन साधण्यासाठी पॅरामीटर समायोजन आवश्यक आहे. दीर्घ-तरंग इन्फ्रारेड डिटेक्शनच्या संदर्भात, InAs/GaSb T2SL प्रमाणेच कट-ऑफ तरंगलांबी मिळवण्यासाठी, अधिक जाड InAs/InAsSb T2SL सिंगल पिरियडची आवश्यकता असते. तथापि, जाड मोनोसायकलमुळे वाढीच्या दिशेने शोषण गुणांकात घट होते आणि T2SL मधील होल्सच्या प्रभावी वस्तुमानात वाढ होते. असे आढळून आले आहे की Sb घटक जोडल्याने सिंगल पिरियडची जाडी लक्षणीयरीत्या न वाढवता अधिक लांब कट-ऑफ तरंगलांबी मिळवता येते. तथापि, Sb चे प्रमाण जास्त झाल्यास Sb घटकांचे विलगीकरण होऊ शकते.

म्हणून, APD चा सक्रिय थर म्हणून 0.5 Sb गट असलेले InAs/InAs0.5Sb0.5 T2SL निवडण्यात आले.फोटोडिटेक्टरInAs/InAsSb T2SL मुख्यत्वे GaSb सबस्ट्रेटवर वाढते, त्यामुळे स्ट्रेन व्यवस्थापनामध्ये GaSb च्या भूमिकेचा विचार करणे आवश्यक आहे. मूलतः, स्ट्रेन संतुलन साधण्यासाठी एका आवर्तनासाठी सुपरलॅटिसच्या सरासरी लॅटिस स्थिरांकाची तुलना सबस्ट्रेटच्या लॅटिस स्थिरांकाशी केली जाते. सामान्यतः, InAs मधील ताण (tensile strain) हा InAsSb द्वारे निर्माण होणाऱ्या संपीडन (compressive) स्ट्रेनद्वारे संतुलित केला जातो, ज्यामुळे InAsSb थरापेक्षा InAs चा थर अधिक जाड होतो. या अभ्यासात अव्हॅलेंच फोटोडिटेक्टरच्या फोटोइलेक्ट्रिक प्रतिसाद वैशिष्ट्यांचे मापन केले गेले, ज्यात स्पेक्ट्रल रिस्पॉन्स, डार्क करंट, नॉइज इत्यादींचा समावेश आहे, आणि स्टेप्ड ग्रेडियंट लेयर डिझाइनची परिणामकारकता तपासली गेली. अव्हॅलेंच फोटोडिटेक्टरच्या अव्हॅलेंच मल्टिप्लिकेशन इफेक्टचे विश्लेषण केले गेले आहे, आणि मल्टिप्लिकेशन फॅक्टर व आपाती प्रकाश शक्ती, तापमान आणि इतर पॅरामीटर्स यांच्यातील संबंधांवर चर्चा केली गेली आहे.

आकृती (A) InAs/InAsSb दीर्घ-तरंग इन्फ्रारेड APD फोटोडिटेक्टरचा योजनाबद्ध आकृती; (B) APD फोटोडिटेक्टरच्या प्रत्येक थरातील विद्युत क्षेत्रांची योजनाबद्ध आकृती.