InGaAs ഫോട്ടോഡിറ്റക്ടറിൻ്റെ ഘടന

എന്ന ഘടനInGaAs ഫോട്ടോഡിറ്റക്ടർ

1980-കൾ മുതൽ, സ്വദേശത്തും വിദേശത്തുമുള്ള ഗവേഷകർ InGaAs ഫോട്ടോഡിറ്റക്ടറുകളുടെ ഘടന പഠിച്ചു, അവ പ്രധാനമായും മൂന്ന് തരങ്ങളായി തിരിച്ചിരിക്കുന്നു. InGaAs ലോഹ-അർദ്ധചാലക-മെറ്റൽ ഫോട്ടോഡെറ്റക്റ്റർ (MSM-PD), InGaAs പിൻ ഫോട്ടോഡെറ്റക്റ്റർ (PIN-PD), InGaAs അവലാഞ്ചെ ഫോട്ടോഡെറ്റക്റ്റർ (APD-PD) എന്നിവയാണ് അവ. വ്യത്യസ്ത ഘടനകളുള്ള InGaAs ഫോട്ടോഡിറ്റക്ടറുകളുടെ നിർമ്മാണ പ്രക്രിയയിലും വിലയിലും കാര്യമായ വ്യത്യാസങ്ങളുണ്ട്, കൂടാതെ ഉപകരണ പ്രകടനത്തിലും വലിയ വ്യത്യാസങ്ങളുണ്ട്.

InGaAs ലോഹ-അർദ്ധചാലക-ലോഹംഫോട്ടോഡിറ്റക്ടർ, ചിത്രം (a) ൽ കാണിച്ചിരിക്കുന്നത്, Schottky ജംഗ്ഷൻ അടിസ്ഥാനമാക്കിയുള്ള ഒരു പ്രത്യേക ഘടനയാണ്. 1992-ൽ, ഷി et al. എപ്പിറ്റാക്സി പാളികൾ വളർത്താൻ ലോ പ്രഷർ മെറ്റൽ-ഓർഗാനിക് വേപ്പർ ഫേസ് എപ്പിറ്റാക്സി ടെക്നോളജി (LP-MOVPE) ഉപയോഗിച്ചു, 1.3 μm തരംഗദൈർഘ്യത്തിൽ 0.42 A/W ഉയർന്ന പ്രതികരണശേഷിയുള്ള InGaAs MSM ഫോട്ടോഡെറ്റക്റ്റർ തയ്യാറാക്കി, 5.6 pA/ ൽ താഴെയുള്ള ഇരുണ്ട കറൻ്റ്. 1.5 V-ൽ μm². 1996-ൽ, ഷാങ് et al. InAlAs-InGaAs-InP എപ്പിറ്റാക്സി ലെയർ വളർത്താൻ ഗ്യാസ് ഫേസ് മോളിക്യുലാർ ബീം എപ്പിറ്റാക്സി (GSMBE) ഉപയോഗിച്ചു. InAlAs ലെയർ ഉയർന്ന പ്രതിരോധശേഷി സവിശേഷതകൾ കാണിച്ചു, വളർച്ചാ സാഹചര്യങ്ങൾ എക്സ്-റേ ഡിഫ്രാക്ഷൻ അളക്കൽ വഴി ഒപ്റ്റിമൈസ് ചെയ്തു, അങ്ങനെ InGaAs, InAlAs ലെയറുകൾ തമ്മിലുള്ള ലാറ്റിസ് പൊരുത്തക്കേട് 1×10⁻³ പരിധിക്കുള്ളിൽ ആയിരുന്നു. ഇത് 10 V-ൽ 0.75 pA/μm²-ന് താഴെയുള്ള ഡാർക്ക് കറൻ്റ് ഉള്ള ഒപ്റ്റിമൈസ് ചെയ്ത ഉപകരണ പ്രകടനത്തിനും 5 V-ൽ 16 ps വരെ വേഗതയുള്ള ക്ഷണികമായ പ്രതികരണത്തിനും കാരണമാകുന്നു. മൊത്തത്തിൽ, MSM സ്ട്രക്ചർ ഫോട്ടോഡെറ്റക്റ്റർ ലളിതവും സംയോജിപ്പിക്കാൻ എളുപ്പവുമാണ്, കുറഞ്ഞ ഇരുണ്ട കറൻ്റ് (pA) കാണിക്കുന്നു. ഓർഡർ), എന്നാൽ മെറ്റൽ ഇലക്ട്രോഡ് ഉപകരണത്തിൻ്റെ ഫലപ്രദമായ പ്രകാശം ആഗിരണം ചെയ്യുന്ന പ്രദേശം കുറയ്ക്കും, അതിനാൽ പ്രതികരണം മറ്റ് ഘടനകളേക്കാൾ കുറവാണ്.

InGaAs PIN ഫോട്ടോഡെറ്റക്റ്റർ പി-ടൈപ്പ് കോൺടാക്റ്റ് ലെയറിനും N-ടൈപ്പ് കോൺടാക്റ്റ് ലെയറിനുമിടയിൽ ഒരു ആന്തരിക പാളി ചേർക്കുന്നു, ഇത് ചിത്രം (b) ൽ കാണിച്ചിരിക്കുന്നു, ഇത് ശോഷണ മേഖലയുടെ വീതി വർദ്ധിപ്പിക്കുന്നു, അങ്ങനെ കൂടുതൽ ഇലക്ട്രോൺ-ഹോൾ ജോഡികൾ പ്രസരിക്കുകയും ഒരു വലിയ ഫോട്ടോകറൻ്റ്, അതിനാൽ ഇതിന് മികച്ച ഇലക്ട്രോൺ ചാലക പ്രകടനമുണ്ട്. 2007-ൽ, A.Poloczek et al. ഉപരിതല പരുക്കൻത മെച്ചപ്പെടുത്തുന്നതിനും Si, InP എന്നിവയ്‌ക്കിടയിലുള്ള ലാറ്റിസ് പൊരുത്തക്കേട് മറികടക്കുന്നതിനും കുറഞ്ഞ താപനിലയുള്ള ബഫർ പാളി വളർത്താൻ MBE ഉപയോഗിച്ചു. InP സബ്‌സ്‌ട്രേറ്റിൽ InGaAs PIN ഘടന സംയോജിപ്പിക്കാൻ MOCVD ഉപയോഗിച്ചു, ഉപകരണത്തിൻ്റെ പ്രതികരണശേഷി ഏകദേശം 0.57A /W ആയിരുന്നു. 2011-ൽ, ആർമി റിസർച്ച് ലബോറട്ടറി (ALR) നാവിഗേഷൻ, തടസ്സം/ കൂട്ടിയിടി ഒഴിവാക്കൽ, ചെറിയ ആളില്ലാ ഗ്രൗണ്ട് വാഹനങ്ങൾക്കുള്ള ഹ്രസ്വദൂര ടാർഗെറ്റ് കണ്ടെത്തൽ/തിരിച്ചറിയൽ എന്നിവയ്‌ക്കായി ലിഡാർ ഇമേജർ പഠിക്കാൻ PIN ഫോട്ടോഡിറ്റക്‌ടറുകൾ ഉപയോഗിച്ചു. InGaAs PIN ഫോട്ടോഡെറ്റക്ടറിൻ്റെ സിഗ്നൽ-ടു-നോയ്‌സ് അനുപാതം ഗണ്യമായി മെച്ചപ്പെടുത്തി. ഇതിൻ്റെ അടിസ്ഥാനത്തിൽ, 2012-ൽ, 50 മീറ്ററിൽ കൂടുതൽ കണ്ടെത്തൽ ശ്രേണിയും 256 × 128 റെസല്യൂഷനുമുള്ള ഈ ലിഡാർ ഇമേജർ റോബോട്ടുകൾക്കായി ALR ഉപയോഗിച്ചു.

InGaAsഹിമപാത ഫോട്ടോ ഡിറ്റക്ടർനേട്ടമുള്ള ഒരു തരം ഫോട്ടോഡെറ്റക്റ്റർ ആണ്, അതിൻ്റെ ഘടന ചിത്രം (സി) ൽ കാണിച്ചിരിക്കുന്നു. ആറ്റവുമായി കൂട്ടിയിടിക്കുന്നതിനും പുതിയ ഇലക്ട്രോൺ-ഹോൾ ജോഡികൾ സൃഷ്ടിക്കുന്നതിനും ഒരു ഹിമപാത പ്രഭാവം സൃഷ്ടിക്കുന്നതിനും മെറ്റീരിയലിലെ സന്തുലിതമല്ലാത്ത വാഹകരെ ഗുണിക്കുന്നതിനും വേണ്ടി, ഇരട്ടിപ്പിക്കൽ മേഖലയ്ക്കുള്ളിലെ വൈദ്യുത മണ്ഡലത്തിൻ്റെ പ്രവർത്തനത്തിൽ ഇലക്ട്രോൺ-ഹോൾ ജോഡിക്ക് ആവശ്യമായ ഊർജ്ജം ലഭിക്കുന്നു. . 2013-ൽ ജോർജ്ജ് എം MBE ഉപയോഗിച്ച് InP സബ്‌സ്‌ട്രേറ്റിൽ ലാറ്റിസ് പൊരുത്തപ്പെടുന്ന InGaAs, InAlAs അലോയ്‌കൾ വളർത്താൻ ഉപയോഗിച്ചു, അലോയ് കോമ്പോസിഷനിലെ മാറ്റങ്ങൾ, എപിടാക്‌സിയൽ ലെയർ കനം, ദ്വാര അയോണൈസേഷൻ പരമാവധി വർദ്ധിപ്പിക്കുന്നതിന് മോഡുലേറ്റഡ് കാരിയർ എനർജിയിലേക്ക് ഡോപ്പിംഗ് എന്നിവ ഉപയോഗിച്ച്. തത്തുല്യമായ ഔട്ട്പുട്ട് സിഗ്നൽ നേട്ടത്തിൽ, APD കുറഞ്ഞ ശബ്ദവും താഴ്ന്ന ഇരുണ്ട കറൻ്റും കാണിക്കുന്നു. 2016-ൽ, Sun Jianfeng et al. InGaAs അവലാഞ്ച് ഫോട്ടോഡെറ്റക്‌ടറിനെ അടിസ്ഥാനമാക്കി 1570 nm ലേസർ ആക്റ്റീവ് ഇമേജിംഗ് പരീക്ഷണാത്മക പ്ലാറ്റ്‌ഫോം നിർമ്മിച്ചു. ആന്തരിക സർക്യൂട്ട്APD ഫോട്ടോ ഡിറ്റക്ടർപ്രതിധ്വനികളും നേരിട്ട് ഡിജിറ്റൽ സിഗ്നലുകളും ലഭിച്ചു, ഇത് മുഴുവൻ ഉപകരണവും ഒതുക്കമുള്ളതാക്കുന്നു. പരീക്ഷണ ഫലങ്ങൾ FIG-ൽ കാണിച്ചിരിക്കുന്നു. (ഡി) ഒപ്പം (ഇ). ചിത്രം (d) എന്നത് ഇമേജിംഗ് ടാർഗെറ്റിൻ്റെ ഒരു ഫിസിക്കൽ ഫോട്ടോയാണ്, കൂടാതെ ചിത്രം (e) ഒരു ത്രിമാന ദൂര ചിത്രമാണ്. ഏരിയ സിയുടെ വിൻഡോ ഏരിയയ്ക്ക് ഏരിയ എ, ബി എന്നിവയുമായി ഒരു നിശ്ചിത ആഴത്തിലുള്ള ദൂരം ഉണ്ടെന്ന് വ്യക്തമായി കാണാൻ കഴിയും. പ്ലാറ്റ്‌ഫോം പൾസ് വീതി 10 ns-ൽ താഴെ, സിംഗിൾ പൾസ് എനർജി (1 ~ 3) mJ ക്രമീകരിക്കാവുന്ന, സ്വീകരിക്കുന്ന ലെൻസ് ഫീൽഡ് ആംഗിൾ 2°, ആവർത്തന ആവൃത്തി 1 kHz, ഡിറ്റക്ടർ ഡ്യൂട്ടി അനുപാതം ഏകദേശം 60%. APD-യുടെ ആന്തരിക ഫോട്ടോകറൻ്റ് നേട്ടം, വേഗത്തിലുള്ള പ്രതികരണം, ഒതുക്കമുള്ള വലുപ്പം, ഈട്, കുറഞ്ഞ ചിലവ് എന്നിവയ്ക്ക് നന്ദി, APD ഫോട്ടോഡെറ്റക്‌ടറുകൾക്ക് PIN ഫോട്ടോഡിറ്റക്‌റ്ററുകളേക്കാൾ ഉയർന്ന അളവിലുള്ള ഡിറ്റക്ഷൻ റേറ്റ് ആകാം, അതിനാൽ നിലവിലെ മുഖ്യധാരാ liDAR പ്രധാനമായും ആധിപത്യം പുലർത്തുന്നത് അവലാഞ്ച് ഫോട്ടോഡെറ്റക്ടറുകളാണ്.

മൊത്തത്തിൽ, സ്വദേശത്തും വിദേശത്തും InGaAs തയ്യാറാക്കൽ സാങ്കേതികവിദ്യയുടെ ദ്രുതഗതിയിലുള്ള വികസനം കൊണ്ട്, InP അടിവസ്ത്രത്തിൽ വലിയ-ഏരിയ ഉയർന്ന നിലവാരമുള്ള InGaAs എപ്പിറ്റാക്സിയൽ ലെയർ തയ്യാറാക്കാൻ MBE, MOCVD, LPE എന്നിവയും മറ്റ് സാങ്കേതികവിദ്യകളും നമുക്ക് വിദഗ്ധമായി ഉപയോഗിക്കാനാകും. InGaAs ഫോട്ടോഡെറ്റക്‌ടറുകൾ കുറഞ്ഞ ഡാർക്ക് കറൻ്റും ഉയർന്ന പ്രതികരണശേഷിയും പ്രകടിപ്പിക്കുന്നു, ഏറ്റവും കുറഞ്ഞ ഡാർക്ക് കറൻ്റ് 0.75 pA/μm² നേക്കാൾ കുറവാണ്, പരമാവധി പ്രതികരണശേഷി 0.57 A/W വരെയാണ്, കൂടാതെ വേഗത്തിലുള്ള ക്ഷണികമായ പ്രതികരണവുമുണ്ട് (ps ഓർഡർ). InGaAs ഫോട്ടോഡിറ്റക്ടറുകളുടെ ഭാവി വികസനം ഇനിപ്പറയുന്ന രണ്ട് വശങ്ങളിൽ ശ്രദ്ധ കേന്ദ്രീകരിക്കും: (1) InGaAs എപ്പിറ്റാക്സിയൽ പാളി നേരിട്ട് Si അടിവസ്ത്രത്തിൽ വളരുന്നു. നിലവിൽ, വിപണിയിലുള്ള മിക്ക മൈക്രോ ഇലക്‌ട്രോണിക് ഉപകരണങ്ങളും Si അടിസ്ഥാനമാക്കിയുള്ളതാണ്, തുടർന്ന് InGaAs, Si അടിസ്ഥാനമാക്കിയുള്ള സംയോജിത വികസനം പൊതു പ്രവണതയാണ്. ലാറ്റിസ് പൊരുത്തക്കേട്, തെർമൽ എക്സ്പാൻഷൻ കോഫിഫിഷ്യൻ്റ് വ്യത്യാസം തുടങ്ങിയ പ്രശ്നങ്ങൾ പരിഹരിക്കുന്നത് InGaAs/Si പഠനത്തിന് നിർണായകമാണ്; (2) 1550 nm തരംഗദൈർഘ്യ സാങ്കേതികവിദ്യ മുതിർന്നതാണ്, വിപുലീകൃത തരംഗദൈർഘ്യം (2.0 ~ 2.5) μm ആണ് ഭാവി ഗവേഷണ ദിശ. ഘടകങ്ങളുടെ വർദ്ധനവോടെ, InP സബ്‌സ്‌ട്രേറ്റും InGaAs എപ്പിടാക്‌സിയൽ ലെയറും തമ്മിലുള്ള ലാറ്റിസ് പൊരുത്തക്കേട് കൂടുതൽ ഗുരുതരമായ സ്ഥാനഭ്രംശത്തിനും വൈകല്യങ്ങൾക്കും ഇടയാക്കും, അതിനാൽ ഉപകരണ പ്രോസസ്സ് പാരാമീറ്ററുകൾ ഒപ്റ്റിമൈസ് ചെയ്യാനും ലാറ്റിസ് വൈകല്യങ്ങൾ കുറയ്ക്കാനും ഉപകരണത്തിൻ്റെ ഡാർക്ക് കറൻ്റ് കുറയ്ക്കാനും അത് ആവശ്യമാണ്.