பனிச்சரிவு ஒளி உணரியின் சமீபத்திய ஆராய்ச்சி

சமீபத்திய ஆராய்ச்சிபனிச்சரிவு ஒளி உணரி

அகச்சிவப்பு கண்டறிதல் தொழில்நுட்பம் இராணுவ உளவு, சுற்றுச்சூழல் கண்காணிப்பு, மருத்துவ நோயறிதல் மற்றும் பிற துறைகளில் பரவலாகப் பயன்படுத்தப்படுகிறது. பாரம்பரிய அகச்சிவப்பு கண்டறிவான்கள், கண்டறிதல் உணர்திறன், பதிலளிப்பு வேகம் போன்ற செயல்திறனில் சில வரம்புகளைக் கொண்டுள்ளன. InAs/InAsSb வகுப்பு II சூப்பர்லேட்டிஸ் (T2SL) பொருட்கள் சிறந்த ஒளிமின்னியல் பண்புகளையும் சரிசெய்யும் தன்மையையும் கொண்டுள்ளன, இது அவற்றை நீண்ட அலை அகச்சிவப்பு (LWIR) கண்டறிவான்களுக்கு மிகவும் பொருத்தமானதாக ஆக்குகிறது. நீண்ட அலை அகச்சிவப்பு கண்டறிதலில் உள்ள பலவீனமான பதிலளிப்புப் பிரச்சனை நீண்ட காலமாக ஒரு கவலையாக இருந்து வருகிறது, இது மின்னணு சாதனப் பயன்பாடுகளின் நம்பகத்தன்மையை பெரிதும் கட்டுப்படுத்துகிறது. அவலான்ச் ஃபோட்டோடிடெக்டர் (Avalanche Photodetector) இருந்தபோதிலும்,APD ஒளி உணரிஇது சிறந்த மறுமொழி செயல்திறனைக் கொண்டிருந்தாலும், பெருக்கலின் போது அதிக இருள் மின்னோட்டத்தால் பாதிக்கப்படுகிறது.

இந்தப் பிரச்சனைகளைத் தீர்ப்பதற்காக, சீனாவின் மின்னணு அறிவியல் மற்றும் தொழில்நுட்பப் பல்கலைக்கழகத்தைச் சேர்ந்த ஒரு குழு, உயர் செயல்திறன் கொண்ட இரண்டாம் வகுப்பு சூப்பர்லேட்டிஸ் (T2SL) நீண்ட அலை அகச்சிவப்பு அவலான்ச் ஃபோட்டோடியோடை (APD) வெற்றிகரமாக வடிவமைத்துள்ளது. இருள் மின்னோட்டத்தைக் குறைப்பதற்காக, ஆராய்ச்சியாளர்கள் InAs/InAsSb T2SL உறிஞ்சும் அடுக்கின் குறைந்த ஆகர் மறுசேர்க்கை விகிதத்தைப் பயன்படுத்தினர். அதே நேரத்தில், போதுமான ஆதாயத்தைப் பராமரிக்கும் அதே வேளையில் சாதனத்தின் இரைச்சலை அடக்குவதற்காக, குறைந்த k மதிப்பு கொண்ட AlAsSb பெருக்கி அடுக்காகப் பயன்படுத்தப்படுகிறது. இந்த வடிவமைப்பு, நீண்ட அலை அகச்சிவப்பு கண்டறிதல் தொழில்நுட்பத்தின் வளர்ச்சியை ஊக்குவிப்பதற்கு ஒரு நம்பிக்கைக்குரிய தீர்வை வழங்குகிறது. இந்தக் கண்டறிவான் ஒரு படிநிலை அடுக்கு வடிவமைப்பைக் கொண்டுள்ளது, மேலும் InAs மற்றும் InAsSb ஆகியவற்றின் கலவை விகிதத்தைச் சரிசெய்வதன் மூலம், பட்டை அமைப்பின் மென்மையான மாற்றம் அடையப்பட்டு, கண்டறிவானின் செயல்திறன் மேம்படுத்தப்படுகிறது. மூலப்பொருள் தேர்வு மற்றும் தயாரிப்பு செயல்முறையைப் பொறுத்தவரை, இந்தக் கண்டறிவானைத் தயாரிக்கப் பயன்படுத்தப்படும் InAs/InAsSb T2SL மூலப்பொருளின் வளர்ச்சி முறை மற்றும் செயல்முறை அளவுருக்களை இந்த ஆய்வு விரிவாக விவரிக்கிறது. InAs/InAsSb T2SL-இன் கலவை மற்றும் தடிமனைத் தீர்மானிப்பது மிகவும் முக்கியமானது, மேலும் அழுத்தச் சமநிலையை அடைய அளவுரு சரிசெய்தல் தேவைப்படுகிறது. நீண்ட அலை அகச்சிவப்புக் கண்டறிதலின் சூழலில், InAs/GaSb T2SL-இன் அதே துண்டிப்பு அலைநீளத்தை அடைய, தடிமனான InAs/InAsSb T2SL ஒற்றைச் சுழற்சி தேவைப்படுகிறது. இருப்பினும், தடிமனான ஒற்றைச் சுழற்சியானது, வளர்ச்சி திசையில் உள்ளீர்ப்பு குணகத்தில் ஒரு குறைவையும், T2SL-இல் உள்ள துளைகளின் பயனுறு நிறையில் ஒரு அதிகரிப்பையும் ஏற்படுத்துகிறது. ஒற்றைச் சுழற்சியின் தடிமனை குறிப்பிடத்தக்க அளவில் அதிகரிக்காமல், Sb கூறினைச் சேர்ப்பதன் மூலம் நீண்ட துண்டிப்பு அலைநீளத்தை அடைய முடியும் என்று கண்டறியப்பட்டுள்ளது. இருப்பினும், அதிகப்படியான Sb கலவையானது Sb தனிமங்களின் பிரிதலுக்கு வழிவகுக்கக்கூடும்.

எனவே, APD-யின் செயலடுக்கு ஆக, 0.5 Sb குழுவைக் கொண்ட InAs/InAs0.5Sb0.5 T2SL தேர்ந்தெடுக்கப்பட்டது.ஒளி உணரிInAs/InAsSb T2SL முக்கியமாக GaSb அடி மூலக்கூறுகளில் வளர்கிறது, எனவே திரிபு மேலாண்மையில் GaSb-இன் பங்கு கருத்தில் கொள்ளப்பட வேண்டும். அடிப்படையில், திரிபு சமநிலையை அடைவது என்பது, ஒரு காலகட்டத்திற்கான ஒரு சூப்பர்லேட்டிஸின் சராசரி லேட்டிஸ் மாறிலியை அடி மூலக்கூறின் லேட்டிஸ் மாறிலியுடன் ஒப்பிடுவதை உள்ளடக்கியது. பொதுவாக, InAs-இல் உள்ள இழுவிசைத் திரிபானது, InAsSb-ஆல் அறிமுகப்படுத்தப்படும் அமுக்கத் திரிபினால் ஈடுசெய்யப்படுகிறது, இதன் விளைவாக InAsSb அடுக்கை விட தடிமனான InAs அடுக்கு உருவாகிறது. இந்த ஆய்வு, அவலான்ச் ஒளி உணரியின் ஒளிமின்னியல் துலங்கல் பண்புகளான நிறமாலைத் துலங்கல், இருள் மின்னோட்டம், இரைச்சல் போன்றவற்றை அளவிட்டு, படிநிலை சாய்வு அடுக்கு வடிவமைப்பின் செயல்திறனைச் சரிபார்த்தது. அவலான்ச் ஒளி உணரியின் அவலான்ச் பெருக்க விளைவு பகுப்பாய்வு செய்யப்பட்டு, பெருக்கக் காரணிக்கும் படுகின்ற ஒளி ஆற்றல், வெப்பநிலை மற்றும் பிற அளவுருக்களுக்கும் இடையிலான உறவு விவாதிக்கப்பட்டது.

படம் (A) InAs/InAsSb நீண்ட அலை அகச்சிவப்பு APD ஒளி உணரியின் திட்ட வரைபடம்; (B) APD ஒளி உணரியின் ஒவ்வொரு அடுக்கிலும் உள்ள மின்புலங்களின் திட்ட வரைபடம்.