InGaAs फोटोडिटेक्टरची रचना

रचनाInGaAs फोटोडिटेक्टर
१९८० च्या दशकापासून, संशोधक InGaAs फोटोडिटेक्टर्सच्या संरचनेचा अभ्यास करत आहेत, ज्याचा सारांश तीन मुख्य प्रकारांमध्ये करता येतो: InGaAs धातू अर्धसंवाहक धातूफोटोडिटेक्टर(एमएसएम-पीडी), इनगॅसपिन फोटोडिटेक्टर्स(PIN-PD), आणि InGaAsहिमस्खलन फोटोडिटेक्टर्स(APD-PD). वेगवेगळ्या संरचना असलेल्या InGaAs फोटोडिटेक्टर्सच्या उत्पादन प्रक्रियेत आणि खर्चात लक्षणीय फरक आहेत, तसेच डिव्हाइसच्या कार्यक्षमतेतही लक्षणीय फरक आहेत.
आकृतीमध्ये InGaAs मेटल सेमीकंडक्टर मेटल फोटोडिटेक्टर संरचनेचा योजनाबद्ध आराखडा दाखवला आहे, जी शोटकी जंक्शनवर आधारित एक विशेष रचना आहे. १९९२ मध्ये, शी आणि त्यांच्या सहकाऱ्यांनी एपिटॅक्सियल थर वाढवण्यासाठी आणि InGaAs MSM फोटोडिटेक्टर तयार करण्यासाठी लो-प्रेशर मेटल ऑरगॅनिक व्हेपर फेज एपिटॅक्सी (LP-MOVPE) तंत्रज्ञानाचा वापर केला. या डिव्हाइसमध्ये १.३ μm तरंगलांबीवर ०.४२ A/W ची उच्च रिस्पॉन्सिव्हिटी आणि १.५ V वर ५.६ pA/μm² पेक्षा कमी डार्क करंट आहे. १९९६ मध्ये, संशोधकांनी InAlAs, InGaAs, InP एपिटॅक्सियल थर वाढवण्यासाठी गॅस-फेज मॉलिक्युलर बीम एपिटॅक्सी (GSMBE) वापरली, ज्याने उच्च रोधकता वैशिष्ट्ये दर्शविली. एक्स-रे विवर्तन मापनाद्वारे वाढीच्या परिस्थितीचे अनुकूलन करण्यात आले, ज्यामुळे InGaAs आणि InAlAs थरांमधील लॅटिस मिसमॅच १ × १०⁻³ च्या मर्यादेत आला. परिणामी, डिव्हाइसची कार्यक्षमता ऑप्टिमाइझ करण्यात आली, ज्यामध्ये 10 V वर 0.75 pA/μm² पेक्षा कमी डार्क करंट आणि 5 V वर 16 ps चा जलद ट्रान्झिएंट रिस्पॉन्स होता. एकूणच, MSM संरचनेच्या फोटोडिटेक्टरची रचना साधी आणि एकात्मिक करण्यास सोपी आहे, जी कमी डार्क करंट (pA पातळी) दर्शवते, परंतु मेटल इलेक्ट्रोडमुळे डिव्हाइसचे प्रभावी प्रकाश शोषण क्षेत्र कमी होते, ज्यामुळे इतर संरचनांच्या तुलनेत रिस्पॉन्सिव्हिटी कमी होते.

आकृतीत दाखवल्याप्रमाणे, InGaAs PIN फोटोडिटेक्टरमध्ये P-टाइप कॉन्टॅक्ट लेयर आणि N-टाइप कॉन्टॅक्ट लेयरच्या मध्ये एक इंट्रिन्सिक लेयर घातलेला असतो, ज्यामुळे डिप्लेशन रिजनची रुंदी वाढते, परिणामी अधिक इलेक्ट्रॉन-होल जोड्या उत्सर्जित होतात आणि मोठा फोटोकरंट तयार होतो, अशा प्रकारे उत्कृष्ट इलेक्ट्रॉनिक चालकता दिसून येते. २००७ मध्ये, संशोधकांनी MBE वापरून कमी-तापमानाचे बफर लेयर्स वाढवले, ज्यामुळे पृष्ठभागाची खडबडपणा सुधारली आणि Si व InP मधील लॅटिस मिसमॅचवर मात केली. त्यांनी MOCVD वापरून InP सबस्ट्रेट्सवर InGaAs PIN संरचना एकत्रित केल्या आणि डिव्हाइसची रिस्पॉन्सिव्हिटी अंदाजे ०.५७ A/W होती. २०११ मध्ये, संशोधकांनी लहान मानवरहित जमिनीवरील वाहनांच्या नेव्हिगेशन, अडथळा/टक्कर टाळणे आणि लक्ष्य शोधणे/ओळखण्यासाठी एक शॉर्ट-रेंज LiDAR इमेजिंग डिव्हाइस विकसित करण्यासाठी PIN फोटोडिटेक्टर्सचा वापर केला. हे डिव्हाइस एका कमी किमतीच्या मायक्रोवेव्ह अँप्लिफायर चिपसह एकत्रित केले गेले, ज्यामुळे InGaAs PIN फोटोडिटेक्टर्सच्या सिग्नल-टू-नॉइज रेशोमध्ये लक्षणीय सुधारणा झाली. या आधारावर, २०१२ मध्ये, संशोधकांनी हे LiDAR इमेजिंग उपकरण रोबोट्सवर लागू केले, ज्याची शोध श्रेणी ५० मीटरपेक्षा जास्त होती आणि रिझोल्यूशन २५६ × १२८ ​​पर्यंत वाढवण्यात आले होते.
संरचना आकृतीमध्ये दाखवल्याप्रमाणे, InGaAs अव्हॅलेंच फोटोडिटेक्टर हा गेन असलेला एक प्रकारचा फोटोडिटेक्टर आहे. डबलिंग रिजनमधील विद्युत क्षेत्राच्या प्रभावाखाली इलेक्ट्रॉन-होल जोड्या पुरेशी ऊर्जा मिळवतात आणि अणूंशी टक्कर देऊन नवीन इलेक्ट्रॉन-होल जोड्या तयार करतात, ज्यामुळे अव्हॅलेंच इफेक्ट तयार होतो आणि पदार्थातील असंतुलित चार्ज कॅरिअर्स दुप्पट होतात. २०१३ मध्ये, संशोधकांनी MBE चा वापर करून InP सबस्ट्रेट्सवर लॅटिस मॅच्ड InGaAs आणि InAlAs मिश्रधातू वाढवले, मिश्रधातूची रचना, एपिटॅक्सियल लेयरची जाडी आणि डोपिंगमधील बदलांद्वारे कॅरिअर ऊर्जेचे मॉड्युलेशन केले, ज्यामुळे होल आयनायझेशन कमी करताना इलेक्ट्रोशॉक आयनायझेशन कमाल केले गेले. समतुल्य आउटपुट सिग्नल गेन अंतर्गत, APD कमी नॉइज आणि कमी डार्क करंट दर्शवतो. २०१६ मध्ये, संशोधकांनी InGaAs अव्हॅलेंच फोटोडिटेक्टर्सवर आधारित १५७० nm लेझर ॲक्टिव्ह इमेजिंग प्रायोगिक प्लॅटफॉर्म तयार केला.APD फोटोडिटेक्टरप्रतिध्वनी प्राप्त करून थेट डिजिटल सिग्नल आउटपुट केले जातात, ज्यामुळे संपूर्ण उपकरण कॉम्पॅक्ट बनते. प्रायोगिक परिणाम आकृत्या (d) आणि (e) मध्ये दर्शविले आहेत. आकृती (d) हे इमेजिंग लक्ष्याचे भौतिक छायाचित्र आहे, आणि आकृती (e) ही त्रिमितीय अंतराची प्रतिमा आहे. हे स्पष्टपणे दिसून येते की झोन ​​C मधील विंडो क्षेत्राचे झोन A आणि B पासून एक विशिष्ट खोलीचे अंतर आहे. हे प्लॅटफॉर्म १० ns पेक्षा कमी पल्स रुंदी, समायोजित करण्यायोग्य एकल पल्स ऊर्जा (१-३) mJ, ट्रान्समिटिंग आणि रिसिव्हिंग लेन्ससाठी २° चा फील्ड ऑफ व्ह्यू अँगल, १ kHz चा पुनरावृत्ती दर आणि सुमारे ६०% चा डिटेक्टर ड्युटी सायकल साध्य करते. APD च्या अंतर्गत फोटोकरंट गेन, जलद प्रतिसाद, कॉम्पॅक्ट आकार, टिकाऊपणा आणि कमी खर्चामुळे, APD फोटोडिटेक्टर्स PIN फोटोडिटेक्टर्सपेक्षा दहापटीने जास्त डिटेक्शन दर साध्य करू शकतात. त्यामुळे, सध्या मुख्य प्रवाहातील लेझर रडारमध्ये प्रामुख्याने अव्हॅलेंच फोटोडिटेक्टर्सचा वापर केला जातो.