InGaAs फोटोडिटेक्टरको संरचना

को संरचनाInGaAs फोटोडिटेक्टर

१९८० को दशकदेखि, स्वदेश तथा विदेशका अनुसन्धानकर्ताहरूले InGaAs फोटोडिटेक्टरहरूको संरचनाको अध्ययन गरेका छन्, जुन मुख्यतया तीन प्रकारमा विभाजित छन्। तिनीहरू हुन् InGaAs धातु-अर्धचालक-धातु फोटोडिटेक्टर (MSM-PD), InGaAs PIN फोटोडिटेक्टर (PIN-PD), र InGaAs Avalanche फोटोडिटेक्टर (APD-PD)। विभिन्न संरचनाहरू भएका InGaAs फोटोडिटेक्टरहरूको निर्माण प्रक्रिया र लागतमा महत्त्वपूर्ण भिन्नताहरू छन्, र उपकरण प्रदर्शनमा पनि ठूलो भिन्नताहरू छन्।

InGaAs धातु-अर्धचालक-धातुफोटोडिटेक्टरचित्र (a) मा देखाइएको, Schottky जंक्शनमा आधारित एक विशेष संरचना हो। १९९२ मा, शि एट अलले एपिटेक्सी तहहरू बढाउन कम चापको धातु-जैविक वाष्प चरण एपिटेक्सी प्रविधि (LP-MOVPE) प्रयोग गरे र InGaAs MSM फोटोडिटेक्टर तयार गरे, जसको १.३ μm को तरंगदैर्ध्यमा ०.४२ A/W को उच्च प्रतिक्रियाशीलता र १.५ V मा ५.६ pA/ μm² भन्दा कम गाढा प्रवाह छ। १९९६ मा, झाङ एट अलले InAlAs-InGaAs-InP एपिटेक्सी तह बढाउन ग्यास चरण आणविक बीम एपिटेक्सी (GSMBE) प्रयोग गरे। InAlAs तहले उच्च प्रतिरोधात्मकता विशेषताहरू देखायो, र वृद्धि अवस्थाहरू एक्स-रे विवर्तन मापन द्वारा अनुकूलित गरियो, ताकि InGaAs र InAlAs तहहरू बीचको जाली बेमेल १×१०⁻³ को दायरा भित्र थियो। यसले १० V मा ०.७५ pA/μm² भन्दा कम गाढा प्रवाह र ५ V मा १६ ps सम्मको द्रुत क्षणिक प्रतिक्रियाको साथ अनुकूलित उपकरण प्रदर्शनमा परिणाम दिन्छ। समग्रमा, MSM संरचना फोटोडिटेक्टर सरल र एकीकृत गर्न सजिलो छ, कम गाढा प्रवाह (pA अर्डर) देखाउँदै, तर धातु इलेक्ट्रोडले उपकरणको प्रभावकारी प्रकाश अवशोषण क्षेत्र घटाउनेछ, त्यसैले प्रतिक्रिया अन्य संरचनाहरू भन्दा कम छ।

InGaAs PIN फोटोडिटेक्टरले P-प्रकार सम्पर्क तह र N-प्रकार सम्पर्क तह बीचको आन्तरिक तह घुसाउँछ, जुन चित्र (b) मा देखाइएको छ, जसले डिप्लेशन क्षेत्रको चौडाइ बढाउँछ, जसले गर्दा अधिक इलेक्ट्रोन-होल जोडीहरू विकिरण हुन्छन् र ठूलो फोटोकरेन्ट बन्छन्, त्यसैले यसको उत्कृष्ट इलेक्ट्रोन चालन प्रदर्शन हुन्छ। २००७ मा, A.Poloczek et al. ले सतहको खुरदरापन सुधार गर्न र Si र InP बीचको जाली बेमेललाई हटाउन कम-तापमान बफर तह बढाउन MBE प्रयोग गरे। MOCVD लाई InP सब्सट्रेटमा InGaAs PIN संरचना एकीकृत गर्न प्रयोग गरिएको थियो, र उपकरणको प्रतिक्रियाशीलता लगभग ०.५७A/W थियो। २०११ मा, आर्मी रिसर्च ल्याबोरेटरी (ALR) ले नेभिगेसन, अवरोध/टक्करबाट बच्न, र साना मानवरहित जमिन सवारी साधनहरूको लागि छोटो-दूरी लक्ष्य पत्ता लगाउने/पहिचानको लागि liDAR इमेजर अध्ययन गर्न PIN फोटोडिटेक्टरहरू प्रयोग गर्‍यो, कम लागतको माइक्रोवेभ एम्पलीफायर चिपसँग एकीकृत गरियो जसले InGaAs PIN फोटोडिटेक्टरको सिग्नल-टु-नोइज अनुपातमा उल्लेखनीय सुधार गर्‍यो। यसै आधारमा, २०१२ मा, ALR ले रोबोटहरूको लागि यो liDAR इमेजर प्रयोग गर्‍यो, जसको पत्ता लगाउने दायरा ५० मिटर भन्दा बढी र रिजोल्युसन २५६ × १२८ ​​थियो।

InGaAsहिमस्खलन फोटोडिटेक्टरयो लाभ भएको एक प्रकारको फोटोडिटेक्टर हो, जसको संरचना चित्र (c) मा देखाइएको छ। इलेक्ट्रोन-प्वाल जोडीले दोब्बर क्षेत्र भित्र विद्युतीय क्षेत्रको कार्य अन्तर्गत पर्याप्त ऊर्जा प्राप्त गर्दछ, जसले गर्दा परमाणुसँग ठोक्किन, नयाँ इलेक्ट्रोन-प्वाल जोडीहरू उत्पन्न गर्न, हिमस्खलन प्रभाव बनाउन र सामग्रीमा सन्तुलन नभएको वाहकहरूलाई गुणा गर्न सकिन्छ। २०१३ मा, जर्ज एमले InP सब्सट्रेटमा जाली मिल्ने InGaAs र InAlAs मिश्र धातुहरू बढाउन MBE प्रयोग गरे, मिश्र धातु संरचनामा परिवर्तन, एपिटेक्सियल तह मोटाई, र मोड्युलेटेड वाहक ऊर्जामा डोपिङ प्रयोग गरेर प्वाल आयनीकरणलाई कम गर्दै इलेक्ट्रोशक आयनीकरणलाई अधिकतम बनाउन। समतुल्य आउटपुट सिग्नल लाभमा, APD ले कम आवाज र कम गाढा प्रवाह देखाउँछ। २०१६ मा, सन जियानफेङ एट अलले InGaAs हिमस्खलन फोटोडिटेक्टरमा आधारित १५७० एनएम लेजर सक्रिय इमेजिङ प्रयोगात्मक प्लेटफर्मको सेट निर्माण गरे। को आन्तरिक सर्किटAPD फोटोडिटेक्टरप्रतिध्वनिहरू प्राप्त गरियो र सिधै डिजिटल सिग्नलहरू आउटपुट गरियो, जसले गर्दा सम्पूर्ण उपकरण कम्प्याक्ट भयो। प्रयोगात्मक परिणामहरू चित्र (d) र (e) मा देखाइएका छन्। चित्र (d) इमेजिङ लक्ष्यको भौतिक तस्बिर हो, र चित्र (e) त्रि-आयामिक दूरी छवि हो। यो स्पष्ट रूपमा देख्न सकिन्छ कि क्षेत्र c को विन्डो क्षेत्रको क्षेत्र A र b सँग निश्चित गहिराइ दूरी छ। प्लेटफर्मले पल्स चौडाइ १० ns भन्दा कम, एकल पल्स ऊर्जा (१ ~ ३) mJ समायोज्य, प्राप्त गर्ने लेन्स क्षेत्र कोण २°, पुनरावृत्ति आवृत्ति १ kHz, डिटेक्टर कर्तव्य अनुपात लगभग ६०% महसुस गर्छ। APD को आन्तरिक फोटोकरेन्ट लाभ, छिटो प्रतिक्रिया, कम्प्याक्ट आकार, स्थायित्व र कम लागतको लागि धन्यवाद, APD फोटोडेटेक्टरहरू PIN फोटोडेटेक्टरहरू भन्दा पत्ता लगाउने दरमा धेरै उच्च परिमाणको हुन सक्छन्, त्यसैले हालको मुख्यधारा liDAR मुख्यतया हिमस्खलन फोटोडेटेक्टरहरूले प्रभुत्व जमाएको छ।

समग्रमा, स्वदेश र विदेशमा InGaAs तयारी प्रविधिको द्रुत विकाससँगै, हामी InP सब्सट्रेटमा ठूलो-क्षेत्र उच्च-गुणस्तरको InGaAs एपिटेक्सियल तह तयार गर्न MBE, MOCVD, LPE र अन्य प्रविधिहरू कुशलतापूर्वक प्रयोग गर्न सक्छौं। InGaAs फोटोडिटेक्टरहरूले कम गाढा प्रवाह र उच्च प्रतिक्रियाशीलता प्रदर्शन गर्छन्, सबैभन्दा कम गाढा प्रवाह ०.७५ pA/μm² भन्दा कम हुन्छ, अधिकतम प्रतिक्रियाशीलता ०.५७ A/W सम्म हुन्छ, र द्रुत क्षणिक प्रतिक्रिया (ps अर्डर) हुन्छ। InGaAs फोटोडिटेक्टरहरूको भविष्यको विकास निम्न दुई पक्षहरूमा केन्द्रित हुनेछ: (१) InGaAs एपिटेक्सियल तह सिधै Si सब्सट्रेटमा उब्जाइएको छ। हाल, बजारमा धेरैजसो माइक्रोइलेक्ट्रोनिक उपकरणहरू Si आधारित छन्, र InGaAs र Si आधारितको पछिल्ला एकीकृत विकास सामान्य प्रवृत्ति हो। InGaAs/Si को अध्ययनको लागि जाली बेमेल र थर्मल विस्तार गुणांक भिन्नता जस्ता समस्याहरू समाधान गर्नु महत्त्वपूर्ण छ; (२) १५५० एनएम तरंगदैर्ध्य प्रविधि परिपक्व भएको छ, र विस्तारित तरंगदैर्ध्य (२.० ~ २.५) μm भविष्यको अनुसन्धान दिशा हो। In कम्पोनेन्टहरूको वृद्धिसँगै, InP सब्सट्रेट र InGaAs एपिटेक्सियल तह बीचको जाली बेमेलले थप गम्भीर विस्थापन र दोषहरू निम्त्याउनेछ, त्यसैले उपकरण प्रक्रिया प्यारामिटरहरूलाई अनुकूलन गर्न, जाली दोषहरू कम गर्न र उपकरणको गाढा प्रवाह कम गर्न आवश्यक छ।