InGaAs फोटोडिटेक्टर का परिचय

परिचय देनाInGaAs फोटोडिटेक्टर

InGaAs उच्च प्रतिक्रिया प्राप्त करने के लिए आदर्श सामग्रियों में से एक है औरउच्च गति फोटोडिटेक्टरसबसे पहले, InGaAs एक प्रत्यक्ष बैंडगैप अर्धचालक पदार्थ है, और इसकी बैंडगैप चौड़ाई को In और Ga के अनुपात द्वारा नियंत्रित किया जा सकता है, जिससे विभिन्न तरंग दैर्ध्य के प्रकाशीय संकेतों का पता लगाना संभव हो जाता है। इनमें से, In0.53Ga0.47As, InP सब्सट्रेट जाली के साथ पूरी तरह से मेल खाता है और प्रकाशीय संचार बैंड में इसका प्रकाश अवशोषण गुणांक बहुत अधिक होता है। इसका उपयोग सबसे व्यापक रूप से निर्माण में किया जाता है।फोटोडिटेक्टरसाथ ही, इनमें उत्कृष्ट डार्क करंट और रिस्पॉन्सिविटी प्रदर्शन भी है। दूसरे, InGaAs और InP दोनों सामग्रियों में अपेक्षाकृत उच्च इलेक्ट्रॉन ड्रिफ्ट वेग होता है, जिनका संतृप्त इलेक्ट्रॉन ड्रिफ्ट वेग लगभग 1×10⁷ सेमी/सेकंड होता है। वहीं, विशिष्ट विद्युत क्षेत्रों के तहत, InGaAs और InP सामग्री इलेक्ट्रॉन वेग ओवरशूट प्रभाव प्रदर्शित करती हैं, जिनका ओवरशूट वेग क्रमशः 4×10⁷ सेमी/सेकंड और 6×10⁷ सेमी/सेकंड तक पहुँच जाता है। यह उच्च क्रॉसिंग बैंडविड्थ प्राप्त करने में सहायक है। वर्तमान में, InGaAs फोटोडिटेक्टर ऑप्टिकल संचार के लिए सबसे मुख्यधारा के फोटोडिटेक्टर हैं। बाजार में, सतह-आपतित युग्मन विधि सबसे आम है। 25 Gaud/सेकंड और 56 Gaud/सेकंड क्षमता वाले सतह-आपतित डिटेक्टर उत्पादों का बड़े पैमाने पर उत्पादन किया जा सकता है। छोटे आकार के, बैक-इंसिडेंट और उच्च बैंडविड्थ वाले सतह-आपतित डिटेक्टर भी विकसित किए गए हैं, मुख्य रूप से उच्च गति और उच्च संतृप्ति जैसे अनुप्रयोगों के लिए। हालांकि, इनकी युग्मन विधियों की सीमाओं के कारण, सतह आपतित डिटेक्टरों को अन्य ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक उपकरणों के साथ एकीकृत करना कठिन है। इसलिए, ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक एकीकरण की बढ़ती मांग के साथ, उत्कृष्ट प्रदर्शन और एकीकरण के लिए उपयुक्त वेवगाइड युग्मित InGaAs फोटोडिटेक्टर धीरे-धीरे अनुसंधान का केंद्र बन गए हैं। इनमें से, 70GHz और 110GHz के वाणिज्यिक InGaAs फोटोडिटेक्टर मॉड्यूल लगभग सभी वेवगाइड युग्मन संरचनाओं को अपनाते हैं। सब्सट्रेट सामग्री में अंतर के आधार पर, वेवगाइड युग्मित InGaAs फोटोडिटेक्टरों को मुख्य रूप से दो प्रकारों में वर्गीकृत किया जा सकता है: INP-आधारित और Si-आधारित। InP सब्सट्रेट पर एपिटैक्सियल सामग्री उच्च गुणवत्ता वाली होती है और उच्च-प्रदर्शन वाले उपकरणों के निर्माण के लिए अधिक उपयुक्त होती है। हालांकि, Si सब्सट्रेट पर विकसित या बंधित III-V समूह की सामग्रियों के लिए, InGaAs सामग्री और Si सब्सट्रेट के बीच विभिन्न बेमेल के कारण, सामग्री या इंटरफ़ेस की गुणवत्ता अपेक्षाकृत खराब होती है, और उपकरणों के प्रदर्शन में सुधार की काफी गुंजाइश है।

विभिन्न अनुप्रयोग वातावरणों में, विशेषकर चरम परिस्थितियों में, फोटोडिटेक्टर की स्थिरता व्यावहारिक अनुप्रयोगों में एक महत्वपूर्ण कारक है। हाल के वर्षों में, पेरोवस्काइट, कार्बनिक और द्वि-आयामी पदार्थों जैसे नए प्रकार के डिटेक्टरों ने काफी ध्यान आकर्षित किया है, लेकिन पर्यावरणीय कारकों से आसानी से प्रभावित होने के कारण दीर्घकालिक स्थिरता के मामले में अभी भी कई चुनौतियों का सामना करना पड़ रहा है। साथ ही, नए पदार्थों के एकीकरण की प्रक्रिया अभी भी परिपक्व नहीं है, और बड़े पैमाने पर उत्पादन और प्रदर्शन में स्थिरता के लिए आगे की खोज की आवश्यकता है।

यद्यपि वर्तमान में इंडक्टरों के उपयोग से उपकरणों की बैंडविड्थ में प्रभावी रूप से वृद्धि हो सकती है, फिर भी डिजिटल ऑप्टिकल संचार प्रणालियों में यह अधिक प्रचलित नहीं है। अतः, उपकरण के परजीवी आरसी मापदंडों को और कम करने के लिए नकारात्मक प्रभावों से कैसे बचा जाए, यह उच्च गति वाले फोटोडिटेक्टरों के अनुसंधान की प्रमुख दिशाओं में से एक है। दूसरे, वेवगाइड युग्मित फोटोडिटेक्टरों की बैंडविड्थ में निरंतर वृद्धि के साथ, बैंडविड्थ और रिस्पॉन्सिविटी के बीच की बाधा फिर से उभरने लगती है। यद्यपि 200GHz से अधिक 3dB बैंडविड्थ वाले Ge/Si फोटोडिटेक्टर और InGaAs फोटोडिटेक्टर विकसित किए गए हैं, फिर भी उनकी रिस्पॉन्सिविटी संतोषजनक नहीं है। अच्छी रिस्पॉन्सिविटी बनाए रखते हुए बैंडविड्थ को कैसे बढ़ाया जाए, यह एक महत्वपूर्ण अनुसंधान विषय है, जिसके समाधान के लिए नई प्रक्रिया-अनुकूल सामग्री (उच्च गतिशीलता और उच्च अवशोषण गुणांक) या नवीन उच्च गति उपकरण संरचनाओं की आवश्यकता हो सकती है। इसके अतिरिक्त, उपकरण की बैंडविड्थ में वृद्धि के साथ, माइक्रोवेव फोटोनिक लिंक में डिटेक्टरों के अनुप्रयोग परिदृश्य धीरे-धीरे बढ़ेंगे। ऑप्टिकल संचार में कम ऑप्टिकल पावर आपतन और उच्च संवेदनशीलता वाले डिटेक्शन के विपरीत, उच्च बैंडविड्थ पर आधारित इस परिदृश्य में उच्च पावर आपतन के लिए उच्च संतृप्ति पावर की आवश्यकता होती है। हालांकि, उच्च बैंडविड्थ वाले उपकरण आमतौर पर छोटे आकार की संरचनाओं का उपयोग करते हैं, इसलिए उच्च गति और उच्च संतृप्ति पावर वाले फोटोडिटेक्टरों का निर्माण आसान नहीं है, और उपकरणों के कैरियर निष्कर्षण और ऊष्मा अपव्यय में और नवाचारों की आवश्यकता हो सकती है। अंत में, उच्च गति वाले डिटेक्टरों के डार्क करंट को कम करना एक ऐसी समस्या बनी हुई है जिसे जाली बेमेल वाले फोटोडिटेक्टरों को हल करने की आवश्यकता है। डार्क करंट मुख्य रूप से पदार्थ की क्रिस्टल गुणवत्ता और सतह अवस्था से संबंधित है। इसलिए, उच्च गुणवत्ता वाले हेट्रोएपिटैक्सी या जाली बेमेल प्रणालियों के तहत बॉन्डिंग जैसी प्रमुख प्रक्रियाओं के लिए अधिक शोध और निवेश की आवश्यकता है।