InGaAs फोटोडिटेक्टरको संरचना

को संरचनाInGaAs फोटोडिटेक्टर
१९८० को दशकदेखि, अनुसन्धानकर्ताहरूले InGaAs फोटोडिटेक्टरहरूको संरचना अध्ययन गरिरहेका छन्, जसलाई तीन मुख्य प्रकारमा संक्षेप गर्न सकिन्छ: InGaAs धातु अर्धचालक धातुफोटो डिटेक्टरहरू(MSM-PD), InGaAsपिन फोटोडिटेक्टरहरू(PIN-PD), र InGaAsहिमस्खलन फोटोडिटेक्टरहरू(APD-PD)। विभिन्न संरचना भएका InGaAs फोटोडिटेक्टरहरूको उत्पादन प्रक्रिया र लागतमा उल्लेखनीय भिन्नताहरू छन्, र उपकरणको कार्यसम्पादनमा पनि उल्लेखनीय भिन्नताहरू छन्।
InGaAs धातु अर्धचालक धातु फोटोडिटेक्टर संरचनाको योजनाबद्ध रेखाचित्र चित्रमा देखाइएको छ, जुन Schottky जंक्शनमा आधारित एक विशेष संरचना हो। १९९२ मा, शि एट अलले एपिटेक्सियल तहहरू बढाउन र InGaAs MSM फोटोडिटेक्टरहरू तयार गर्न कम-दबाव धातु जैविक वाष्प चरण एपिटेक्सी (LP-MOVPE) प्रविधि प्रयोग गरे। उपकरणमा १.३ μ m को तरंगदैर्ध्यमा ०.४२ A/W को उच्च उत्तरदायित्व र १.५ V मा ५.६ pA/μ m ² भन्दा कमको गाढा प्रवाह छ। १९९६ मा, अनुसन्धानकर्ताहरूले InAlAs InGaAs InP एपिटेक्सियल तहहरू बढाउन ग्यास-फेज आणविक बीम एपिटेक्सी (GSMBE) प्रयोग गरे, जसले उच्च प्रतिरोधात्मकता विशेषताहरू प्रदर्शन गर्‍यो। वृद्धि अवस्थाहरू एक्स-रे विवर्तन मापन मार्फत अनुकूलित गरियो, जसको परिणामस्वरूप १ × १० ⁻ ³ को दायरा भित्र InGaAs र InAlAs तहहरू बीच जाली बेमेल भयो। फलस्वरूप, उपकरणको कार्यसम्पादनलाई अनुकूलित गरियो, १० V मा ०.७५ pA/μm² भन्दा कमको गाढा प्रवाह र ५ V मा १६ ps को द्रुत क्षणिक प्रतिक्रियाको साथ। समग्रमा, MSM संरचना फोटोडिटेक्टरमा सरल र एकीकृत गर्न सजिलो संरचना छ, कम गाढा प्रवाह (pA स्तर) प्रदर्शन गर्दछ, तर धातु इलेक्ट्रोडले उपकरणको प्रभावकारी प्रकाश अवशोषण क्षेत्रलाई कम गर्छ, परिणामस्वरूप अन्य संरचनाहरूको तुलनामा कम उत्तरदायीता हुन्छ।

InGaAs PIN फोटोडिटेक्टरमा P-प्रकार सम्पर्क तह र N-प्रकार सम्पर्क तह बीच एक आन्तरिक तह सम्मिलित गरिएको छ, जुन चित्रमा देखाइएको छ, जसले डिप्लेशन क्षेत्रको चौडाइ बढाउँछ, जसले गर्दा अधिक इलेक्ट्रोन प्वाल जोडीहरू विकिरण हुन्छन् र ठूलो फोटोकरेन्ट बनाउँछ, जसले गर्दा उत्कृष्ट इलेक्ट्रोनिक चालकता प्रदर्शन हुन्छ। २००७ मा, अनुसन्धानकर्ताहरूले कम-तापमान बफर तहहरू बढाउन, सतहको खुरदरापन सुधार गर्न र Si र InP बीचको जाली बेमेललाई हटाउन MBE प्रयोग गरे। तिनीहरूले MOCVD प्रयोग गरेर InP सब्सट्रेटहरूमा InGaAs PIN संरचनाहरू एकीकृत गरे, र उपकरणको उत्तरदायित्व लगभग ०.५७ A/W थियो। २०११ मा, अनुसन्धानकर्ताहरूले नेभिगेसन, अवरोध/टक्करबाट बच्न, र साना मानवरहित जमिन सवारी साधनहरूको लक्ष्य पत्ता लगाउन/पहिचानको लागि छोटो-दायराको LiDAR इमेजिङ उपकरण विकास गर्न PIN फोटोडिटेक्टरहरू प्रयोग गरे। उपकरणलाई कम लागतको माइक्रोवेभ एम्पलीफायर चिपसँग एकीकृत गरिएको थियो, जसले InGaAs PIN फोटोडिटेक्टरहरूको सिग्नल-टु-नोइज अनुपातमा उल्लेखनीय सुधार गर्‍यो। यस आधारमा, २०१२ मा, अनुसन्धानकर्ताहरूले यो LiDAR इमेजिङ उपकरण रोबोटहरूमा लागू गरे, जसको पत्ता लगाउने दायरा ५० मिटरभन्दा बढी थियो र रिजोल्युसन २५६ × १२८ ​​सम्म बढेको थियो।
InGaAs हिमस्खलन फोटोडिटेक्टर एक प्रकारको फोटोडिटेक्टर हो जसमा गेन हुन्छ, जुन संरचना रेखाचित्रमा देखाइएको छ। इलेक्ट्रोन प्वाल जोडीहरूले दोब्बर क्षेत्र भित्र विद्युतीय क्षेत्रको कार्य अन्तर्गत पर्याप्त ऊर्जा प्राप्त गर्छन्, र परमाणुहरूसँग ठोक्किएर नयाँ इलेक्ट्रोन प्वाल जोडीहरू उत्पन्न गर्छन्, हिमस्खलन प्रभाव बनाउँछन् र सामग्रीमा असंतुलन चार्ज वाहकहरूलाई दोब्बर बनाउँछन्। २०१३ मा, अनुसन्धानकर्ताहरूले InP सब्सट्रेटहरूमा जाली मिल्ने InGaAs र InAlAs मिश्र धातुहरू बढाउन MBE प्रयोग गरे, मिश्र धातु संरचना, एपिटेक्सियल तह मोटाई, र डोपिङमा परिवर्तनहरू मार्फत वाहक ऊर्जालाई मोड्युलेट गर्दै, प्वाल आयनीकरणलाई न्यूनतम गर्दै इलेक्ट्रोशक आयनीकरणलाई अधिकतम बनाउँदै। समतुल्य आउटपुट सिग्नल लाभ अन्तर्गत, APD ले कम आवाज र कम गाढा प्रवाह प्रदर्शन गर्दछ। २०१६ मा, अनुसन्धानकर्ताहरूले InGaAs हिमस्खलन फोटोडिटेक्टरहरूमा आधारित १५७० nm लेजर सक्रिय इमेजिङ प्रयोगात्मक प्लेटफर्म 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 दूरीको तस्बिर हो। यो स्पष्ट रूपमा देख्न सकिन्छ कि क्षेत्र C मा रहेको विन्डो क्षेत्रको क्षेत्र A र B बाट निश्चित गहिराइको दूरी छ। यो प्लेटफर्मले १० ns भन्दा कमको पल्स चौडाइ, समायोज्य एकल पल्स ऊर्जा (१-३) mJ, प्रसारण र प्राप्त गर्ने लेन्सहरूको लागि २ ° को दृश्य कोणको क्षेत्र, १ kHz को पुनरावृत्ति दर, र लगभग ६०% को डिटेक्टर कर्तव्य चक्र प्राप्त गर्दछ। आन्तरिक फोटोकरेन्ट लाभ, द्रुत प्रतिक्रिया, कम्प्याक्ट आकार, स्थायित्व, र APD को कम लागतको लागि धन्यवाद, APD फोटोडेटेक्टरहरूले PIN फोटोडेटेक्टरहरू भन्दा एक परिमाण बढी पत्ता लगाउने दर प्राप्त गर्न सक्छन्। त्यसकारण, हाल मुख्यधारा लेजर रडारले मुख्यतया हिमस्खलन फोटोडेटेक्टरहरू प्रयोग गर्दछ।