InGaAs ஒளிக்கற்றையின் அமைப்பு

அமைப்புInGaAs ஒளிக்கண்டறிப்பான்

1980 களில் இருந்து, உள்நாட்டிலும் வெளிநாட்டிலும் உள்ள ஆராய்ச்சியாளர்கள் InGaAs ஒளிக்கற்றை கண்டுபிடிப்பாளர்களின் கட்டமைப்பை ஆய்வு செய்துள்ளனர், அவை முக்கியமாக மூன்று வகைகளாகப் பிரிக்கப்பட்டுள்ளன. அவை InGaAs உலோக-குறைக்கடத்தி-உலோக ஒளிக்கற்றை கண்டுபிடிப்பாளர் (MSM-PD), InGaAs PIN ஒளிக்கற்றை கண்டுபிடிப்பாளர் (PIN-PD), மற்றும் InGaAs அவலாஞ்ச் ஒளிக்கற்றை கண்டுபிடிப்பாளர் (APD-PD). வெவ்வேறு கட்டமைப்புகளைக் கொண்ட InGaAs ஒளிக்கற்றை கண்டுபிடிப்பாளர்களின் உற்பத்தி செயல்முறை மற்றும் விலையில் குறிப்பிடத்தக்க வேறுபாடுகள் உள்ளன, மேலும் சாதன செயல்திறனிலும் பெரிய வேறுபாடுகள் உள்ளன.

InGaAs உலோகம்-குறைக்கடத்தி-உலோகம்ஒளிக்கண்டறிப்பான்படம் (a) இல் காட்டப்பட்டுள்ளபடி, ஷாட்கி சந்திப்பை அடிப்படையாகக் கொண்ட ஒரு சிறப்பு அமைப்பாகும். 1992 ஆம் ஆண்டில், ஷி மற்றும் பலர் எபிடாக்ஸி அடுக்குகளை வளர்க்க குறைந்த அழுத்த உலோக-கரிம நீராவி கட்ட எபிடாக்ஸி தொழில்நுட்பத்தை (LP-MOVPE) பயன்படுத்தினர் மற்றும் InGaAs MSM ஒளிக்கற்றையைத் தயாரித்தனர், இது 1.3 μm அலைநீளத்தில் 0.42 A/W இன் உயர் மறுமொழித்தன்மையையும் 1.5 V இல் 5.6 pA/ μm² ஐ விடக் குறைவான இருண்ட மின்னோட்டத்தையும் கொண்டுள்ளது. 1996 ஆம் ஆண்டில், ஜாங் மற்றும் பலர் InAlAs-InGaAs-InP எபிடாக்ஸி அடுக்கை வளர்க்க வாயு கட்ட மூலக்கூறு கற்றை எபிடாக்ஸியை (GSMBE) பயன்படுத்தினர். InAlAs அடுக்கு அதிக எதிர்ப்புத் திறன் பண்புகளைக் காட்டியது, மேலும் வளர்ச்சி நிலைமைகள் எக்ஸ்-கதிர் மாறுபாடு அளவீட்டால் மேம்படுத்தப்பட்டன, இதனால் InGaAs மற்றும் InAlAs அடுக்குகளுக்கு இடையிலான லேட்டிஸ் பொருத்தமின்மை 1×10⁻³ வரம்பிற்குள் இருந்தது. இது 10 V இல் 0.75 pA/μm² க்கும் குறைவான இருண்ட மின்னோட்டத்துடனும், 5 V இல் 16 ps வரை வேகமான நிலையற்ற பதிலுடனும் உகந்த சாதன செயல்திறனை விளைவிக்கிறது. மொத்தத்தில், MSM கட்டமைப்பு ஒளிக்கற்றை எளிமையானது மற்றும் ஒருங்கிணைக்க எளிதானது, குறைந்த இருண்ட மின்னோட்டத்தைக் காட்டுகிறது (pA வரிசை), ஆனால் உலோக மின்முனை சாதனத்தின் பயனுள்ள ஒளி உறிஞ்சுதல் பகுதியைக் குறைக்கும், எனவே பதில் மற்ற கட்டமைப்புகளை விட குறைவாக இருக்கும்.

படம் (b) இல் காட்டப்பட்டுள்ளபடி, InGaAs PIN ஃபோட்டோடெடெக்டர் P-வகை தொடர்பு அடுக்குக்கும் N-வகை தொடர்பு அடுக்குக்கும் இடையில் ஒரு உள்ளார்ந்த அடுக்கைச் செருகுகிறது, இது குறைப்புப் பகுதியின் அகலத்தை அதிகரிக்கிறது, இதனால் அதிக எலக்ட்ரான்-துளை ஜோடிகளை கதிர்வீச்சு செய்து ஒரு பெரிய ஒளி மின்னோட்டத்தை உருவாக்குகிறது, எனவே இது சிறந்த எலக்ட்ரான் கடத்தல் செயல்திறனைக் கொண்டுள்ளது. 2007 ஆம் ஆண்டில், A.Poloczek மற்றும் பலர், மேற்பரப்பு கடினத்தன்மையை மேம்படுத்தவும் Si மற்றும் InP க்கு இடையிலான லேட்டிஸ் பொருத்தமின்மையைக் கடக்கவும் குறைந்த வெப்பநிலை இடையக அடுக்கை வளர்க்க MBE ஐப் பயன்படுத்தினர். InP அடி மூலக்கூறில் InGaAs PIN கட்டமைப்பை ஒருங்கிணைக்க MOCVD பயன்படுத்தப்பட்டது, மேலும் சாதனத்தின் மறுமொழி சுமார் 0.57A /W ஆகும். 2011 ஆம் ஆண்டில், இராணுவ ஆராய்ச்சி ஆய்வகம் (ALR), சிறிய ஆளில்லா தரை வாகனங்களுக்கான வழிசெலுத்தல், தடை/மோதல் தவிர்ப்பு மற்றும் குறுகிய தூர இலக்கு கண்டறிதல்/அடையாளம் ஆகியவற்றிற்கான liDAR இமேஜரை ஆய்வு செய்ய PIN ஃபோட்டோடெடெக்டர்களைப் பயன்படுத்தியது, இது InGaAs PIN ஃபோட்டோடெடெக்டரின் சிக்னல்-இரைச்சல் விகிதத்தை கணிசமாக மேம்படுத்திய குறைந்த விலை மைக்ரோவேவ் பெருக்கி சிப்புடன் ஒருங்கிணைக்கப்பட்டது. இந்த அடிப்படையில், 2012 ஆம் ஆண்டில், ALR இந்த liDAR இமேஜரை ரோபோக்களுக்குப் பயன்படுத்தியது, இதன் கண்டறிதல் வரம்பு 50 மீட்டருக்கும் அதிகமாகவும், 256 × 128 தெளிவுத்திறனுடனும் இருந்தது.

இன்காஏக்கள்பனிச்சரிவு ஒளிக்கண்டறிப்பான்ஆதாயத்துடன் கூடிய ஒரு வகையான ஒளிக்கற்றை ஆகும், இதன் அமைப்பு படம் (c) இல் காட்டப்பட்டுள்ளது. எலக்ட்ரான்-துளை ஜோடி, இரட்டிப்புப் பகுதிக்குள் உள்ள மின்சார புலத்தின் செயல்பாட்டின் கீழ் போதுமான ஆற்றலைப் பெறுகிறது, இதனால் அணுவுடன் மோதவும், புதிய எலக்ட்ரான்-துளை ஜோடிகளை உருவாக்கவும், பனிச்சரிவு விளைவை உருவாக்கவும், பொருளில் சமநிலையற்ற கேரியர்களைப் பெருக்கவும் முடியும். 2013 ஆம் ஆண்டில், ஜார்ஜ் எம், MBE ஐப் பயன்படுத்தி, InGaAs மற்றும் InAlAs உலோகக் கலவைகளுடன் பொருந்திய லேட்டிஸை InP அடி மூலக்கூறில் வளர்க்கிறார், அலாய் கலவை, எபிடாக்சியல் அடுக்கு தடிமன் மற்றும் பண்பேற்றப்பட்ட கேரியர் ஆற்றலுக்கு டோப்பிங் ஆகியவற்றில் மாற்றங்களைப் பயன்படுத்தி, துளை அயனியாக்கத்தைக் குறைக்கும் அதே வேளையில் மின் அதிர்ச்சி அயனியாக்கத்தை அதிகரிக்கிறார். சமமான வெளியீட்டு சமிக்ஞை ஆதாயத்தில், APD குறைந்த இரைச்சல் மற்றும் குறைந்த இருண்ட மின்னோட்டத்தைக் காட்டுகிறது. 2016 ஆம் ஆண்டில், சன் ஜியான்ஃபெங் மற்றும் பலர் InGaAs பனிச்சரிவு ஃபோட்டோடெடெக்டரை அடிப்படையாகக் கொண்ட 1570 nm லேசர் செயலில் உள்ள இமேஜிங் சோதனை தளத்தின் தொகுப்பை உருவாக்கினர். இன் உள் சுற்றுAPD ஒளிக்கற்றைஎதிரொலிகளைப் பெற்று டிஜிட்டல் சிக்னல்களை நேரடியாக வெளியிடுகிறது, இதனால் முழு சாதனமும் சுருக்கமாகிறது. சோதனை முடிவுகள் படம் (d) மற்றும் (e) இல் காட்டப்பட்டுள்ளன. படம் (d) என்பது இமேஜிங் இலக்கின் இயற்பியல் புகைப்படம், மற்றும் படம் (e) என்பது ஒரு முப்பரிமாண தூரப் படம். பகுதி c இன் சாளரப் பகுதி A மற்றும் b பகுதியுடன் ஒரு குறிப்பிட்ட ஆழ தூரத்தைக் கொண்டுள்ளது என்பதை தெளிவாகக் காணலாம். தளம் 10 ns க்கும் குறைவான துடிப்பு அகலம், ஒற்றை துடிப்பு ஆற்றல் (1 ~ 3) mJ சரிசெய்யக்கூடியது, பெறும் லென்ஸ் புலம் 2° கோணம், 1 kHz மறுநிகழ்வு அதிர்வெண், கண்டறிதல் கடமை விகிதம் சுமார் 60% ஆகியவற்றை உணர்கிறது. APD இன் உள் ஒளி மின்னோட்ட ஆதாயம், வேகமான பதில், சிறிய அளவு, ஆயுள் மற்றும் குறைந்த செலவு ஆகியவற்றிற்கு நன்றி, APD ஒளி கண்டறிதல்கள் PIN ஒளி கண்டறிதல்களை விட கண்டறிதல் விகிதத்தில் அதிக அளவில் இருக்கலாம், எனவே தற்போதைய பிரதான liDAR முக்கியமாக பனிச்சரிவு ஒளி கண்டறிதல்களால் ஆதிக்கம் செலுத்துகிறது.

ஒட்டுமொத்தமாக, உள்நாட்டிலும் வெளிநாட்டிலும் InGaAs தயாரிப்பு தொழில்நுட்பத்தின் விரைவான வளர்ச்சியுடன், InP அடி மூலக்கூறில் பெரிய பரப்பளவு கொண்ட உயர்தர InGaAs எபிடாக்சியல் அடுக்கைத் தயாரிக்க MBE, MOCVD, LPE மற்றும் பிற தொழில்நுட்பங்களை நாம் திறமையாகப் பயன்படுத்தலாம். InGaAs ஃபோட்டோடெக்டர்கள் குறைந்த இருண்ட மின்னோட்டத்தையும் அதிக மறுமொழித்தன்மையையும் வெளிப்படுத்துகின்றன, மிகக் குறைந்த இருண்ட மின்னோட்டம் 0.75 pA/μm² ஐ விடக் குறைவாக உள்ளது, அதிகபட்ச மறுமொழித்தன்மை 0.57 A/W வரை உள்ளது, மேலும் வேகமான நிலையற்ற பதிலைக் கொண்டுள்ளது (ps வரிசை). InGaAs ஃபோட்டோடெக்டர்களின் எதிர்கால வளர்ச்சி பின்வரும் இரண்டு அம்சங்களில் கவனம் செலுத்தும்: (1) InGaAs எபிடாக்சியல் அடுக்கு நேரடியாக Si அடி மூலக்கூறில் வளர்க்கப்படுகிறது. தற்போது, ​​சந்தையில் உள்ள பெரும்பாலான நுண் மின்னணு சாதனங்கள் Si அடிப்படையிலானவை, மேலும் InGaAs மற்றும் Si அடிப்படையிலான ஒருங்கிணைந்த வளர்ச்சி பொதுவான போக்கு. லேட்டிஸ் பொருத்தமின்மை மற்றும் வெப்ப விரிவாக்க குணக வேறுபாடு போன்ற சிக்கல்களைத் தீர்ப்பது InGaAs/Si இன் ஆய்வுக்கு மிக முக்கியமானது; (2) 1550 nm அலைநீள தொழில்நுட்பம் முதிர்ச்சியடைந்துள்ளது, மேலும் நீட்டிக்கப்பட்ட அலைநீளம் (2.0 ~ 2.5) μm எதிர்கால ஆராய்ச்சி திசையாகும். In கூறுகளின் அதிகரிப்புடன், InP அடி மூலக்கூறு மற்றும் InGaAs எபிடாக்சியல் அடுக்குக்கு இடையிலான லேட்டிஸ் பொருத்தமின்மை மிகவும் தீவிரமான இடப்பெயர்ச்சி மற்றும் குறைபாடுகளுக்கு வழிவகுக்கும், எனவே சாதன செயல்முறை அளவுருக்களை மேம்படுத்துவது, லேட்டிஸ் குறைபாடுகளைக் குறைப்பது மற்றும் சாதன இருண்ட மின்னோட்டத்தைக் குறைப்பது அவசியம்.