InGaAs போட்டோடெக்டரின் அமைப்பு

கட்டமைப்புInGaAs போட்டோடெக்டர்

1980 களில் இருந்து, உள்நாட்டிலும் வெளிநாட்டிலும் உள்ள ஆராய்ச்சியாளர்கள் InGaAs ஃபோட்டோடெக்டர்களின் கட்டமைப்பை ஆய்வு செய்தனர், அவை முக்கியமாக மூன்று வகைகளாக பிரிக்கப்பட்டுள்ளன. அவை InGaAs மெட்டல்-செமிகண்டக்டர்-மெட்டல் ஃபோட்டோடெக்டர் (MSM-PD), InGaAs PIN Photodetector (PIN-PD), மற்றும் InGaAs Avalanche Photodetector (APD-PD). வெவ்வேறு கட்டமைப்புகளைக் கொண்ட InGaAs ஃபோட்டோடெக்டர்களின் புனையமைப்பு செயல்முறை மற்றும் விலையில் குறிப்பிடத்தக்க வேறுபாடுகள் உள்ளன, மேலும் சாதனத்தின் செயல்திறனிலும் பெரிய வேறுபாடுகள் உள்ளன.

InGaAs உலோக-குறைக்கடத்தி-உலோகம்போட்டோடெக்டர், படம் (a) இல் காட்டப்பட்டுள்ளது, இது ஷாட்கி சந்திப்பை அடிப்படையாகக் கொண்ட ஒரு சிறப்பு அமைப்பாகும். 1992 இல், ஷி மற்றும் பலர். எபிடாக்ஸி லேயர்களை வளர்க்க குறைந்த அழுத்த உலோக-கரிம நீராவி கட்ட எபிடாக்ஸி தொழில்நுட்பத்தை (LP-MOVPE) பயன்படுத்தியது மற்றும் InGaAs MSM ஃபோட்டோடெக்டரைத் தயாரித்தது, இது 1.3 μm அலைநீளத்தில் 0.42 A/W மற்றும் 5.6 pA/ க்கும் குறைவான இருண்ட மின்னோட்டத்தைக் கொண்டுள்ளது. 1.5 V இல் μm². 1996 இல், ஜாங் மற்றும் பலர். InAlAs-InGaAs-InP எபிடாக்ஸி லேயரை வளர்க்க வாயு கட்ட மூலக்கூறு பீம் எபிடாக்ஸி (GSMBE) பயன்படுத்தப்பட்டது. InAlAs அடுக்கு உயர் எதிர்ப்புத் தன்மையைக் காட்டியது, மேலும் வளர்ச்சி நிலைகள் X-ray டிஃப்ராஃப்ரக்ஷன் அளவீட்டின் மூலம் மேம்படுத்தப்பட்டன, இதனால் InGaAs மற்றும் InAlAs அடுக்குகளுக்கு இடையே உள்ள லேட்டிஸ் பொருத்தமின்மை 1×10⁻³ வரம்பிற்குள் இருந்தது. இது 10 V இல் 0.75 pA/μm² க்குக் குறைவான இருண்ட மின்னோட்டத்துடன் உகந்த சாதனச் செயல்திறனிலும், 5 V இல் 16 ps வரை வேகமான நிலையற்ற மறுமொழியிலும் விளைகிறது. மொத்தத்தில், MSM கட்டமைப்பு ஃபோட்டோடெக்டர் எளிமையானது மற்றும் ஒருங்கிணைக்க எளிதானது, குறைந்த இருண்ட மின்னோட்டத்தைக் காட்டுகிறது (pA ஒழுங்கு), ஆனால் உலோக மின்முனையானது சாதனத்தின் பயனுள்ள ஒளி உறிஞ்சும் பகுதியைக் குறைக்கும், எனவே பதில் மற்ற கட்டமைப்புகளை விட குறைவாக உள்ளது.

InGaAs PIN ஃபோட்டோடெக்டர், படம் (b) இல் காட்டப்பட்டுள்ளபடி, P-வகை தொடர்பு அடுக்குக்கும் N-வகை தொடர்பு அடுக்குக்கும் இடையே ஒரு உள்ளார்ந்த அடுக்கைச் செருகுகிறது. பெரிய ஒளிமின்னழுத்தம், எனவே இது சிறந்த எலக்ட்ரான் கடத்தல் செயல்திறனைக் கொண்டுள்ளது. 2007 இல், A.Poloczek மற்றும் பலர். மேற்பரப்பு கடினத்தன்மையை மேம்படுத்தவும், Si மற்றும் InP க்கு இடையே உள்ள லேட்டிஸ் பொருத்தமின்மையை போக்கவும் குறைந்த வெப்பநிலை தாங்கல் அடுக்கை வளர்க்க MBE ஐப் பயன்படுத்தியது. InP அடி மூலக்கூறில் InGaAs PIN கட்டமைப்பை ஒருங்கிணைக்க MOCVD பயன்படுத்தப்பட்டது, மேலும் சாதனத்தின் வினைத்திறன் சுமார் 0.57A/W ஆக இருந்தது. 2011 ஆம் ஆண்டில், இராணுவ ஆராய்ச்சி ஆய்வகம் (ALR) PIN photodetectors ஐப் பயன்படுத்தி வழிசெலுத்தல், தடைகள்/மோதலைத் தவிர்ப்பது மற்றும் சிறிய ஆளில்லா தரை வாகனங்களுக்கான குறுகிய தூர இலக்கு கண்டறிதல்/அடையாளம் கண்டறிதல், குறைந்த விலை நுண்ணலை பெருக்கி சிப் உடன் ஒருங்கிணைக்கப்பட்டது. InGaAs PIN ஃபோட்டோடெக்டரின் சிக்னல்-டு-இரைச்சல் விகிதத்தை கணிசமாக மேம்படுத்தியது. இந்த அடிப்படையில், 2012 இல், ALR இந்த liDAR இமேஜரை ரோபோக்களுக்குப் பயன்படுத்தியது, கண்டறிதல் வரம்பு 50 மீட்டருக்கும் அதிகமாகவும் மற்றும் 256 × 128 தீர்மானம் கொண்டது.

InGaAக்கள்பனிச்சரிவு போட்டோடெக்டர்ஆதாயத்துடன் கூடிய ஒரு வகையான ஃபோட்டோடெக்டர் ஆகும், இதன் அமைப்பு படம் (c) இல் காட்டப்பட்டுள்ளது. எலக்ட்ரான்-துளை ஜோடி இரட்டிப்பு பகுதிக்குள் உள்ள மின்சார புலத்தின் செயல்பாட்டின் கீழ் போதுமான ஆற்றலைப் பெறுகிறது, இதனால் அணுவுடன் மோதுவது, புதிய எலக்ட்ரான்-துளை ஜோடிகளை உருவாக்குவது, பனிச்சரிவு விளைவை உருவாக்குவது மற்றும் பொருளில் உள்ள சமநிலையற்ற கேரியர்களைப் பெருக்குவது. . 2013 ஆம் ஆண்டில், ஜார்ஜ் எம் MBE ஐப் பயன்படுத்தி InP அடி மூலக்கூறில் லேட்டிஸ் பொருத்தப்பட்ட InGaAs மற்றும் InAlAs உலோகக் கலவைகளை வளர்க்க, அலாய் கலவை, எபிடாக்சியல் லேயர் தடிமன் மற்றும் ஓட்டை அயனியாக்கத்தைக் குறைக்கும் அதே வேளையில் எலக்ட்ரோஷாக் அயனியாக்கத்தை அதிகரிக்க பண்பேற்றப்பட்ட கேரியர் ஆற்றலுக்கு ஊக்கமருந்து ஆகியவற்றைப் பயன்படுத்தினார். சமமான வெளியீட்டு சமிக்ஞை ஆதாயத்தில், APD குறைந்த இரைச்சல் மற்றும் குறைந்த இருண்ட மின்னோட்டத்தைக் காட்டுகிறது. 2016 இல், சன் ஜியான்ஃபெங் மற்றும் பலர். InGaAs avalanche photodetector அடிப்படையில் 1570 nm லேசர் ஆக்டிவ் இமேஜிங் சோதனை தளத்தை உருவாக்கியது. இன் உள் சுற்றுAPD போட்டோடெக்டர்பெறப்பட்ட எதிரொலிகள் மற்றும் டிஜிட்டல் சிக்னல்களை நேரடியாக வெளியிடுவது, முழு சாதனத்தையும் கச்சிதமாக்குகிறது. சோதனை முடிவுகள் FIG இல் காட்டப்பட்டுள்ளன. (ஈ) மற்றும் (இ). படம் (d) என்பது இமேஜிங் இலக்கின் இயற்பியல் புகைப்படமாகும், மேலும் படம் (e) என்பது முப்பரிமாண தூரப் படமாகும். சி பகுதியின் சாளரப் பகுதி A மற்றும் b பகுதியுடன் ஒரு குறிப்பிட்ட ஆழமான தூரத்தைக் கொண்டிருப்பதை தெளிவாகக் காணலாம். இயங்குதளமானது துடிப்பு அகலம் 10 nsக்கும் குறைவானது, ஒற்றைத் துடிப்பு ஆற்றல் (1 ~ 3) mJ அனுசரிப்பு, 2° பெறுதல் லென்ஸ் புலம் கோணம், 1 kHz மறுநிகழ்வு அதிர்வெண், டிடெக்டர் கடமை விகிதம் சுமார் 60%. APD இன் உள் ஒளிமின்னழுத்த ஆதாயம், வேகமான பதில், சிறிய அளவு, ஆயுள் மற்றும் குறைந்த விலை ஆகியவற்றுக்கு நன்றி, APD ஃபோட்டோடெக்டர்கள் PIN ஃபோட்டோடெக்டர்களைக் காட்டிலும் அதிக அளவு கண்டறிதல் விகிதத்தின் வரிசையாக இருக்கலாம், எனவே தற்போதைய முக்கிய liDAR முக்கியமாக பனிச்சரிவு ஃபோட்டோடெக்டர்களால் ஆதிக்கம் செலுத்துகிறது.

ஒட்டுமொத்தமாக, உள்நாட்டிலும் வெளிநாட்டிலும் InGaAs தயாரிப்புத் தொழில்நுட்பத்தின் விரைவான வளர்ச்சியுடன், InP அடி மூலக்கூறில் பெரிய அளவிலான உயர்தர InGaAs எபிடாக்சியல் லேயரைத் தயாரிக்க MBE, MOCVD, LPE மற்றும் பிற தொழில்நுட்பங்களை நாம் திறமையாகப் பயன்படுத்தலாம். InGaAs ஃபோட்டோடெக்டர்கள் குறைந்த இருண்ட மின்னோட்டத்தையும் அதிகப் பதிலளிக்கக்கூடிய தன்மையையும் வெளிப்படுத்துகின்றன, குறைந்த இருண்ட மின்னோட்டம் 0.75 pA/μm² ஐ விடக் குறைவாக உள்ளது, அதிகபட்ச வினைத்திறன் 0.57 A/W வரை இருக்கும், 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 மைக்ரோ எலக்ட்ரானிக் சாதனங்கள் Si அடிப்படையிலானவை, மேலும் InGaAs மற்றும் Si அடிப்படையிலான ஒருங்கிணைந்த வளர்ச்சியானது பொதுவான போக்கு ஆகும். லேட்டிஸ் பொருத்தமின்மை மற்றும் வெப்ப விரிவாக்க குணக வேறுபாடு போன்ற சிக்கல்களைத் தீர்ப்பது InGaAs/Si ஆய்வுக்கு முக்கியமானது; (2) 1550 nm அலைநீளம் தொழில்நுட்பம் முதிர்ச்சியடைந்துள்ளது, மேலும் நீட்டிக்கப்பட்ட அலைநீளம் (2.0 ~ 2.5) μm என்பது எதிர்கால ஆராய்ச்சி திசையாகும். இன் கூறுகளின் அதிகரிப்புடன், InP அடி மூலக்கூறு மற்றும் InGaAs எபிடாக்சியல் லேயருக்கு இடையே உள்ள லேட்டிஸ் பொருத்தமின்மை மிகவும் தீவிரமான இடப்பெயர்ச்சி மற்றும் குறைபாடுகளுக்கு வழிவகுக்கும், எனவே சாதன செயல்முறை அளவுருக்களை மேம்படுத்துவது, லேட்டிஸ் குறைபாடுகளைக் குறைப்பது மற்றும் சாதனத்தின் இருண்ட மின்னோட்டத்தைக் குறைப்பது அவசியம்.