InGaAs ஒளி உணரியின் அமைப்பு

கட்டமைப்பின்InGaAs ஒளி உணரி
1980-களிலிருந்து, ஆராய்ச்சியாளர்கள் InGaAs ஒளி உணரிகளின் கட்டமைப்பை ஆய்வு செய்து வருகின்றனர், அவற்றை மூன்று முக்கிய வகைகளாகச் சுருக்கிக் கூறலாம்: InGaAs உலோகம் மற்றும் குறைக்கடத்தி உலோகம்.போட்டோடெக்டர்கள்(MSM-PD), InGaAsPIN ஒளி உணரிகள்(PIN-PD), மற்றும் InGaAsபனிச்சரிவு ஒளி உணரிகள்(APD-PD). வெவ்வேறு கட்டமைப்புகளைக் கொண்ட InGaAs ஒளி உணரிகளின் உற்பத்தி செயல்முறை மற்றும் செலவில் குறிப்பிடத்தக்க வேறுபாடுகள் உள்ளன, மேலும் சாதனத்தின் செயல்திறனிலும் குறிப்பிடத்தக்க வேறுபாடுகள் உள்ளன.
ஸ்காட்கி சந்திப்பை அடிப்படையாகக் கொண்ட ஒரு சிறப்பு அமைப்பான InGaAs உலோக குறைக்கடத்தி உலோக ஒளி உணரி கட்டமைப்பின் திட்ட வரைபடம் படத்தில் காட்டப்பட்டுள்ளது. 1992-ல், ஷி மற்றும் அவரது குழுவினர், குறைந்த அழுத்த உலோக கரிம ஆவி நிலை எபிடாக்ஸி (LP-MOVPE) தொழில்நுட்பத்தைப் பயன்படுத்தி எபிடாக்ஸியல் அடுக்குகளை வளர்த்து InGaAs MSM ஒளி உணரிகளைத் தயாரித்தனர். இந்த சாதனம் 1.3 μm அலைநீளத்தில் 0.42 A/W என்ற உயர் உணர்திறனையும், 1.5 V-ல் 5.6 pA/μm²-க்கும் குறைவான இருள் மின்னோட்டத்தையும் கொண்டுள்ளது. 1996-ல், ஆராய்ச்சியாளர்கள் வாயு நிலை மூலக்கூறு கற்றை எபிடாக்ஸி (GSMBE) முறையைப் பயன்படுத்தி InAlAs, InGaAs, InP எபிடாக்ஸியல் அடுக்குகளை வளர்த்தனர், அவை உயர் மின்தடை பண்புகளை வெளிப்படுத்தின. எக்ஸ்-கதிர் விளிம்புச்சிதறல் அளவீடுகள் மூலம் வளர்ச்சி நிலைமைகள் உகந்ததாக்கப்பட்டன, இதன் விளைவாக InGaAs மற்றும் InAlAs அடுக்குகளுக்கு இடையே 1 × 10⁻³ வரம்பிற்குள் ஒரு லேட்டிஸ் பொருந்தாமை ஏற்பட்டது. இதன் விளைவாக, சாதனத்தின் செயல்திறன் மேம்படுத்தப்பட்டது; 10 V-இல் 0.75 pA/μm²-க்கும் குறைவான இருள் மின்னோட்டமும், 5 V-இல் 16 ps என்ற வேகமான நிலைமாற்றத் துலங்கலும் கிடைத்தன. ஒட்டுமொத்தமாக, MSM கட்டமைப்பு ஒளி உணரியானது எளிமையான மற்றும் எளிதில் ஒருங்கிணைக்கக்கூடிய அமைப்பைக் கொண்டுள்ளதுடன், குறைந்த இருள் மின்னோட்டத்தையும் (pA அளவில்) வெளிப்படுத்துகிறது. ஆனால், உலோக மின்முனையானது சாதனத்தின் பயனுள்ள ஒளி உறிஞ்சும் பரப்பைக் குறைப்பதால், மற்ற கட்டமைப்புகளுடன் ஒப்பிடும்போது இதன் துலங்கல் திறன் குறைவாக உள்ளது.

படத்தில் காட்டப்பட்டுள்ளபடி, InGaAs PIN ஒளி உணரியானது, P-வகை தொடு அடுக்குக்கும் N-வகை தொடு அடுக்குக்கும் இடையில் ஒரு உள்ளார்ந்த அடுக்கைச் செருகியுள்ளது. இது குறைவுப் பகுதியின் அகலத்தை அதிகரித்து, அதன்மூலம் அதிக எலக்ட்ரான்-துளை ஜோடிகளைக் கதிர்வீசி, ஒரு பெரிய ஒளிமின்னோட்டத்தை உருவாக்குகிறது. இதனால், இது சிறந்த மின்னணு கடத்துத்திறனை வெளிப்படுத்துகிறது. 2007-ல், ஆராய்ச்சியாளர்கள் MBE-ஐப் பயன்படுத்தி குறைந்த வெப்பநிலை தாங்கல் அடுக்குகளை வளர்த்தனர். இது மேற்பரப்பு சொரசொரப்பை மேம்படுத்தி, Si மற்றும் InP-க்கு இடையிலான படிகக்கூடு பொருந்தாமையைச் சரிசெய்தது. அவர்கள் MOCVD-ஐப் பயன்படுத்தி InP அடிமூலக்கூறுகளில் InGaAs PIN கட்டமைப்புகளை ஒருங்கிணைத்தனர், மேலும் அந்தச் சாதனத்தின் பொறுப்புத்திறன் தோராயமாக 0.57 A/W ஆக இருந்தது. 2011-ல், ஆராய்ச்சியாளர்கள் PIN ஒளி உணரிகளைப் பயன்படுத்தி, சிறிய ஆளில்லா தரை வாகனங்களின் வழிசெலுத்தல், தடை/மோதலைத் தவிர்த்தல் மற்றும் இலக்கைக் கண்டறிதல்/அடையாளம் காணுதல் ஆகியவற்றுக்காக ஒரு குறுகிய தூர LiDAR படமெடுக்கும் சாதனத்தை உருவாக்கினர். இந்தச் சாதனம் ஒரு குறைந்த விலை மைக்ரோவேவ் பெருக்கிச் சில்லுடன் ஒருங்கிணைக்கப்பட்டது, இது InGaAs PIN ஒளி உணரிகளின் சிக்னல்-டு-நாய்ஸ் விகிதத்தை கணிசமாக மேம்படுத்தியது. இதன் அடிப்படையில், 2012-ல், ஆராய்ச்சியாளர்கள் இந்த LiDAR படமெடுக்கும் கருவியை ரோபோக்களில் பயன்படுத்தினர்; இதன் கண்டறியும் வரம்பு 50 மீட்டருக்கும் அதிகமாகவும், தெளிவுத்திறன் 256 × 128 ஆக அதிகரிக்கப்பட்டும் இருந்தது.
கட்டமைப்பு வரைபடத்தில் காட்டப்பட்டுள்ளபடி, InGaAs அவலான்ச் ஃபோட்டோடெடெக்டர் என்பது ஆதாயம் கொண்ட ஒரு வகை ஃபோட்டோடெடெக்டர் ஆகும். இரட்டிப்புப் பகுதிக்குள் உள்ள மின்புலத்தின் செயல்பாட்டின் கீழ் எலக்ட்ரான்-துளை ஜோடிகள் போதுமான ஆற்றலைப் பெற்று, அணுக்களுடன் மோதி புதிய எலக்ட்ரான்-துளை ஜோடிகளை உருவாக்குகின்றன. இது அவலான்ச் விளைவை ஏற்படுத்தி, பொருளில் உள்ள சமநிலையற்ற மின்னூட்டக் கடத்திகளை இரட்டிப்பாக்குகிறது. 2013-ல், ஆராய்ச்சியாளர்கள் InP அடி மூலக்கூறுகளில் படிக அமைப்புப் பொருத்தமான InGaAs மற்றும் InAlAs கலப்புலோகங்களை வளர்க்க MBE-ஐப் பயன்படுத்தினர். கலப்புலோகக் கலவை, புறவளர்ச்சிப் படலத்தின் தடிமன் மற்றும் கலப்புலோகம் ஆகியவற்றில் மாற்றங்கள் செய்வதன் மூலம் கடத்தி ஆற்றலை நெறிப்படுத்தி, துளை அயனியாக்கத்தைக் குறைக்கும் அதே வேளையில் மின் அதிர்ச்சி அயனியாக்கத்தை அதிகப்படுத்தினர். சமமான வெளியீட்டு சமிக்ஞை ஆதாயத்தின் கீழ், APD குறைந்த இரைச்சல் மற்றும் குறைந்த இருள் மின்னோட்டத்தை வெளிப்படுத்துகிறது. 2016-ல், ஆராய்ச்சியாளர்கள் InGaAs அவலான்ச் ஃபோட்டோடெடெக்டர்களை அடிப்படையாகக் கொண்டு 1570 nm லேசர் செயல்மிகு பிம்பமாக்கல் சோதனைத் தளத்தை உருவாக்கினர். அதன் உள் சுற்றுAPD ஒளி உணரிஎதிரொலிகளைப் பெற்று நேரடியாக டிஜிட்டல் சிக்னல்களை வெளியிடுவதால், முழு சாதனமும் கச்சிதமாக உள்ளது. சோதனை முடிவுகள் படங்கள் (d) மற்றும் (e) இல் காட்டப்பட்டுள்ளன. படம் (d) என்பது படமெடுக்கும் இலக்கின் ஒரு இயற்பியல் புகைப்படம், மற்றும் படம் (e) என்பது ஒரு முப்பரிமாண தூரப் படம். மண்டலம் C இல் உள்ள சாளரப் பகுதி, மண்டலங்கள் A மற்றும் B இலிருந்து ஒரு குறிப்பிட்ட ஆழத் தூரத்தைக் கொண்டுள்ளது என்பதைத் தெளிவாகக் காணலாம். இந்த அமைப்பு 10 ns க்கும் குறைவான துடிப்பு அகலம், சரிசெய்யக்கூடிய ஒற்றைத் துடிப்பு ஆற்றல் (1-3) mJ, அனுப்பும் மற்றும் பெறும் லென்ஸ்களுக்கு 2° பார்வைக் கோணம், 1 kHz மறுநிகழ்வு வீதம், மற்றும் சுமார் 60% உணரியின் கடமைச் சுழற்சி ஆகியவற்றை அடைகிறது. APD-யின் உள் ஒளிமின்னோட்டப் பெருக்கம், வேகமான பதில்வினை, கச்சிதமான அளவு, நீடித்துழைக்கும் தன்மை மற்றும் குறைந்த விலை ஆகியவற்றின் காரணமாக, APD ஒளி உணரிகளால் PIN ஒளி உணரிகளை விட பத்து மடங்கு அதிகமான கண்டறிதல் வீதத்தை அடைய முடியும். எனவே, தற்போது பிரதான லேசர் ரேடார் முக்கியமாக அவலான்ச் ஒளி உணரிகளையே பயன்படுத்துகிறது.