InGaAs ഫോട്ടോഡിറ്റക്ടറിന്റെ ഘടന

ഘടനInGaAs ഫോട്ടോഡിറ്റക്ടർ
1980-കൾ മുതൽ, ഗവേഷകർ InGaAs ഫോട്ടോഡിറ്റക്ടറുകളുടെ ഘടന പഠിച്ചുവരികയാണ്, അവയെ മൂന്ന് പ്രധാന തരങ്ങളായി സംഗ്രഹിക്കാം: InGaAs ലോഹം അർദ്ധചാലക ലോഹംഫോട്ടോഡിറ്റക്ടറുകൾ(എംഎസ്എം-പിഡി), ഇൻ‌ഗാഎഎസ്പിൻ ഫോട്ടോഡിറ്റക്ടറുകൾ(PIN-PD), InGaAs എന്നിവഹിമപാത ഫോട്ടോഡിറ്റക്ടറുകൾ(APD-PD). വ്യത്യസ്ത ഘടനകളുള്ള InGaAs ഫോട്ടോഡിറ്റക്ടറുകളുടെ ഉൽപ്പാദന പ്രക്രിയയിലും വിലയിലും കാര്യമായ വ്യത്യാസങ്ങളുണ്ട്, കൂടാതെ ഉപകരണ പ്രകടനത്തിലും കാര്യമായ വ്യത്യാസങ്ങളുണ്ട്.
ചിത്രത്തിൽ InGaAs ലോഹ സെമികണ്ടക്ടർ ലോഹ ഫോട്ടോഡിറ്റക്ടർ ഘടനയുടെ സ്കീമാറ്റിക് ഡയഗ്രം കാണിച്ചിരിക്കുന്നു, ഇത് ഷോട്ട്കി ജംഗ്ഷനെ അടിസ്ഥാനമാക്കിയുള്ള ഒരു പ്രത്യേക ഘടനയാണ്. 1992-ൽ, എപ്പിറ്റാക്സിയൽ പാളികൾ വളർത്തുന്നതിനും InGaAs MSM ഫോട്ടോഡിറ്റക്ടറുകൾ തയ്യാറാക്കുന്നതിനും ഷി തുടങ്ങിയവർ ലോ-പ്രഷർ മെറ്റൽ ഓർഗാനിക് വേപ്പർ ഫേസ് എപ്പിറ്റാക്സി (LP-MOVPE) സാങ്കേതികവിദ്യ ഉപയോഗിച്ചു. 1.3 μm തരംഗദൈർഘ്യത്തിൽ 0.42 A/W ഉയർന്ന പ്രതികരണശേഷിയും 1.5 V-ൽ 5.6 pA/μm ²-ൽ താഴെയുള്ള ഇരുണ്ട വൈദ്യുതധാരയും ഈ ഉപകരണത്തിനുണ്ട്. 1996-ൽ, ഗവേഷകർ InAlAs InGaAs InP എപ്പിറ്റാക്സിയൽ പാളികൾ വളർത്താൻ ഗ്യാസ്-ഫേസ് മോളിക്യുലാർ ബീം എപ്പിറ്റാക്സി (GSMBE) ഉപയോഗിച്ചു, ഇത് ഉയർന്ന പ്രതിരോധശേഷി സവിശേഷതകൾ പ്രകടിപ്പിച്ചു. എക്സ്-റേ ഡിഫ്രാക്ഷൻ അളവുകൾ വഴി വളർച്ചാ സാഹചര്യങ്ങൾ ഒപ്റ്റിമൈസ് ചെയ്തു, അതിന്റെ ഫലമായി 1 × 10 ⁻ ³ പരിധിക്കുള്ളിൽ InGaAs, InAlAs പാളികൾക്കിടയിൽ ഒരു ലാറ്റിസ് പൊരുത്തക്കേട് ഉണ്ടായി. തൽഫലമായി, ഉപകരണ പ്രകടനം ഒപ്റ്റിമൈസ് ചെയ്തു, 10 V ൽ 0.75 pA/μm² ൽ താഴെയുള്ള ഇരുണ്ട വൈദ്യുതധാരയും 5 V ൽ 16 ps എന്ന വേഗത്തിലുള്ള ക്ഷണിക പ്രതികരണവും. മൊത്തത്തിൽ, MSM ഘടന ഫോട്ടോഡിറ്റക്ടറിന് ലളിതവും സംയോജിപ്പിക്കാൻ എളുപ്പമുള്ളതുമായ ഒരു ഘടനയുണ്ട്, ഇത് കുറഞ്ഞ ഇരുണ്ട വൈദ്യുതധാര (pA ലെവൽ) കാണിക്കുന്നു, പക്ഷേ ലോഹ ഇലക്ട്രോഡ് ഉപകരണത്തിന്റെ ഫലപ്രദമായ പ്രകാശ ആഗിരണം ഏരിയ കുറയ്ക്കുന്നു, ഇത് മറ്റ് ഘടനകളെ അപേക്ഷിച്ച് കുറഞ്ഞ പ്രതികരണശേഷിക്ക് കാരണമാകുന്നു.

ചിത്രത്തിൽ കാണിച്ചിരിക്കുന്നതുപോലെ, P-ടൈപ്പ് കോൺടാക്റ്റ് ലെയറിനും N-ടൈപ്പ് കോൺടാക്റ്റ് ലെയറിനുമിടയിൽ ഒരു ആന്തരിക പാളി ചേർത്തിരിക്കുന്നു, ഇത് ഡിപ്ലിഷൻ മേഖലയുടെ വീതി വർദ്ധിപ്പിക്കുകയും അതുവഴി കൂടുതൽ ഇലക്ട്രോൺ ഹോൾ ജോഡികൾ വികിരണം ചെയ്യുകയും ഒരു വലിയ ഫോട്ടോകറന്റ് രൂപപ്പെടുകയും ചെയ്യുന്നു, അങ്ങനെ മികച്ച ഇലക്ട്രോണിക് ചാലകത പ്രകടമാക്കുന്നു. 2007-ൽ, ഗവേഷകർ MBE ഉപയോഗിച്ച് താഴ്ന്ന താപനില ബഫർ പാളികൾ വളർത്തി, ഉപരിതല പരുക്കൻത മെച്ചപ്പെടുത്തുകയും Si-യും InP-യും തമ്മിലുള്ള ലാറ്റിസ് പൊരുത്തക്കേട് മറികടക്കുകയും ചെയ്തു. MOCVD ഉപയോഗിച്ച് അവർ InP സബ്‌സ്‌ട്രേറ്റുകളിൽ InGaAs PIN ഘടനകളെ സംയോജിപ്പിച്ചു, ഉപകരണത്തിന്റെ പ്രതികരണശേഷി ഏകദേശം 0.57 A/W ആയിരുന്നു. 2011-ൽ, ചെറിയ ആളില്ലാ ഗ്രൗണ്ട് വാഹനങ്ങളുടെ നാവിഗേഷൻ, തടസ്സം/കൂട്ടിയിടി ഒഴിവാക്കൽ, ലക്ഷ്യ കണ്ടെത്തൽ/തിരിച്ചറിയൽ എന്നിവയ്ക്കായി ഒരു ഹ്രസ്വ-ശ്രേണി LiDAR ഇമേജിംഗ് ഉപകരണം വികസിപ്പിക്കാൻ ഗവേഷകർ PIN ഫോട്ടോഡിറ്റക്ടറുകൾ ഉപയോഗിച്ചു. കുറഞ്ഞ ചെലവിലുള്ള മൈക്രോവേവ് ആംപ്ലിഫയർ ചിപ്പുമായി ഉപകരണം സംയോജിപ്പിച്ചു, InGaAs PIN ഫോട്ടോഡിറ്റക്ടറുകളുടെ സിഗ്നൽ-ടു-നോയ്‌സ് അനുപാതം ഗണ്യമായി മെച്ചപ്പെടുത്തി. ഇതിന്റെ അടിസ്ഥാനത്തിൽ, 2012-ൽ, ഗവേഷകർ ഈ LiDAR ഇമേജിംഗ് ഉപകരണം റോബോട്ടുകളിൽ പ്രയോഗിച്ചു, 50 മീറ്ററിൽ കൂടുതൽ കണ്ടെത്തൽ പരിധിയും 256 × 128 ആയി റെസല്യൂഷനും ഉണ്ടായിരുന്നു.
ഘടനാ ഡയഗ്രാമിൽ കാണിച്ചിരിക്കുന്നതുപോലെ, ഗെയിൻ ഉള്ള ഒരു തരം ഫോട്ടോഡിറ്റക്ടറാണ് InGaAs അവലാഞ്ച് ഫോട്ടോഡിറ്റക്ടർ. ഇരട്ടിപ്പിക്കുന്ന മേഖലയ്ക്കുള്ളിലെ വൈദ്യുത മണ്ഡലത്തിന്റെ പ്രവർത്തനത്തിൽ ഇലക്ട്രോൺ ഹോൾ ജോഡികൾ ആവശ്യത്തിന് ഊർജ്ജം നേടുകയും ആറ്റങ്ങളുമായി കൂട്ടിയിടിച്ച് പുതിയ ഇലക്ട്രോൺ ഹോൾ ജോഡികൾ സൃഷ്ടിക്കുകയും ചെയ്യുന്നു, ഇത് അവലാഞ്ച് പ്രഭാവം സൃഷ്ടിക്കുകയും മെറ്റീരിയലിലെ നോൺ-ഇക്വിലിബ്രിയം ചാർജ് കാരിയറുകൾ ഇരട്ടിയാക്കുകയും ചെയ്യുന്നു. 2013-ൽ, ഗവേഷകർ MBE ഉപയോഗിച്ച് InP സബ്‌സ്‌ട്രേറ്റുകളിൽ ലാറ്റിസ് പൊരുത്തപ്പെടുന്ന InGaAs, InAlAs അലോയ്കൾ വളർത്തി, അലോയ് കോമ്പോസിഷൻ, എപ്പിറ്റാക്സിയൽ ലെയർ കനം, ഡോപ്പിംഗ് എന്നിവയിലെ മാറ്റങ്ങളിലൂടെ കാരിയർ എനർജി മോഡുലേറ്റ് ചെയ്യുകയും, ഹോൾ അയോണൈസേഷൻ കുറയ്ക്കുന്നതിനൊപ്പം ഇലക്ട്രോഷോക്ക് അയോണൈസേഷൻ പരമാവധിയാക്കുകയും ചെയ്തു. തുല്യമായ ഔട്ട്‌പുട്ട് സിഗ്നൽ ഗെയിൻ പ്രകാരം, APD കുറഞ്ഞ ശബ്ദവും കുറഞ്ഞ ഡാർക്ക് കറന്റും പ്രദർശിപ്പിക്കുന്നു. 2016-ൽ, ഗവേഷകർ InGaAs അവലാഞ്ച് ഫോട്ടോഡിറ്റക്ടറുകളെ അടിസ്ഥാനമാക്കി 1570 nm ലേസർ ആക്റ്റീവ് ഇമേജിംഗ് പരീക്ഷണാത്മക പ്ലാറ്റ്‌ഫോം നിർമ്മിച്ചു.APD ഫോട്ടോഡിറ്റക്ടർപ്രതിധ്വനികൾ സ്വീകരിച്ച് ഡിജിറ്റൽ സിഗ്നലുകൾ നേരിട്ട് ഔട്ട്പുട്ട് ചെയ്തു, ഇത് മുഴുവൻ ഉപകരണത്തെയും ഒതുക്കമുള്ളതാക്കുന്നു. പരീക്ഷണ ഫലങ്ങൾ ചിത്രങ്ങൾ (d) ലും (e) ലും കാണിച്ചിരിക്കുന്നു. ചിത്രം (d) ഇമേജിംഗ് ടാർഗെറ്റിന്റെ ഒരു ഭൗതിക ഫോട്ടോയാണ്, ചിത്രം (e) ഒരു ത്രിമാന ദൂര ചിത്രമാണ്. സോൺ സിയിലെ വിൻഡോ ഏരിയയ്ക്ക് സോണുകൾ A, B എന്നിവയിൽ നിന്ന് ഒരു നിശ്ചിത ആഴത്തിലുള്ള ദൂരം ഉണ്ടെന്ന് വ്യക്തമായി കാണാൻ കഴിയും. ഈ പ്ലാറ്റ്‌ഫോം 10 ns-ൽ താഴെയുള്ള പൾസ് വീതി, ക്രമീകരിക്കാവുന്ന സിംഗിൾ പൾസ് എനർജി (1-3) mJ, ട്രാൻസ്മിറ്റിംഗ്, റിസീവിംഗ് ലെൻസുകൾക്കായി 2 ° വ്യൂ ആംഗിൾ ഫീൽഡ്, 1 kHz ആവർത്തന നിരക്ക്, ഏകദേശം 60% ഡിറ്റക്ടർ ഡ്യൂട്ടി സൈക്കിൾ എന്നിവ കൈവരിക്കുന്നു. ആന്തരിക ഫോട്ടോകറന്റ് ഗെയിൻ, വേഗത്തിലുള്ള പ്രതികരണം, ഒതുക്കമുള്ള വലുപ്പം, ഈട്, APD യുടെ കുറഞ്ഞ വില എന്നിവയ്ക്ക് നന്ദി, APD ഫോട്ടോഡിറ്റക്ടറുകൾക്ക് PIN ഫോട്ടോഡിറ്റക്ടറുകളേക്കാൾ ഒരു ഓർഡർ ഉയർന്ന ഡിറ്റക്ഷൻ നിരക്ക് നേടാൻ കഴിയും. അതിനാൽ, നിലവിൽ മുഖ്യധാരാ ലേസർ റഡാർ പ്രധാനമായും അവലാഞ്ച് ഫോട്ടോഡിറ്റക്ടറുകളാണ് ഉപയോഗിക്കുന്നത്.