इंसास फोटोडेटेक्टर की संरचना

की संरचनाफोटोडेटेक्टर

1980 के दशक के बाद से, घर और विदेशों में शोधकर्ताओं ने Ingaas Photodetectors की संरचना का अध्ययन किया है, जो मुख्य रूप से तीन प्रकारों में विभाजित हैं। वे INGAAS मेटल-सेमिकंडक्टर-मेटल फोटोडेटेक्टर (MSM-PD), INGAAS पिन फोटोडेटेक्टर (पिन-पीडी), और INGAAS AVALLANCHE PHOTODETECTOR (APD-PD) हैं। अलग -अलग संरचनाओं के साथ INGAAS फोटोडेटेक्टर्स की निर्माण प्रक्रिया और लागत में महत्वपूर्ण अंतर हैं, और डिवाइस के प्रदर्शन में भी बहुत अंतर हैं।

Ingaas धातु-सेमिकंडक्टर-मेटलफोटोडिटेक्टर, चित्रा (ए) में दिखाया गया है, एक विशेष संरचना है जो शोट्की जंक्शन पर आधारित है। 1992 में, शि एट अल। एपिटैक्सी लेयर्स को विकसित करने के लिए कम दबाव वाले धातु-कार्बनिक वाष्प चरण एपिटैक्सी टेक्नोलॉजी (एलपी-एमओवीपीई) का उपयोग किया गया और आईएनजीएएस एमएसएम फोटोडेटेक्टर तैयार किया, जिसमें 1.3 माइक्रोन की तरंग दैर्ध्य में 0.42 ए/ डब्ल्यू की उच्च जवाबदेही होती है और 1996 में 1.5 वी की तुलना में 5.6 पीए/ μm km की तुलना में एक गहरी धारा कम है। INALAS-INGAAS-INP एपिटैक्सी परत को विकसित करने के लिए गैस चरण आणविक बीम एपिटैक्सी (GSMBE) का उपयोग किया। INALAS परत ने उच्च प्रतिरोधकता विशेषताओं को दिखाया, और विकास की स्थिति को एक्स-रे विवर्तन माप द्वारा अनुकूलित किया गया था, ताकि INGAAS और INALAS परतों के बीच जाली बेमेल 1 × 10⁻′ की सीमा के भीतर हो। यह 10 V पर 0.75 Pa/μM and से नीचे के डार्क करंट के साथ अनुकूलित डिवाइस प्रदर्शन और 5 V पर 16 PS तक तेजी से क्षणिक प्रतिक्रिया के साथ होता है। संपूर्ण रूप से, MSM संरचना फोटोडेटेक्टर सरल और एकीकृत करने में आसान है, कम डार्क करंट (PA ऑर्डर) दिखाते हुए, लेकिन धातु इलेक्ट्रोड डिवाइस के प्रभावी प्रकाश अवशोषण क्षेत्र को कम कर देगा, इसलिए प्रतिक्रिया अन्य संरचनाओं की तुलना में कम है।

INGAAS पिन फोटोडेटेक्टर पी-टाइप संपर्क परत और एन-टाइप संपर्क परत के बीच एक आंतरिक परत सम्मिलित करता है, जैसा कि चित्र (बी) में दिखाया गया है, जो कमी क्षेत्र की चौड़ाई को बढ़ाता है, इस प्रकार अधिक इलेक्ट्रॉन-होल जोड़े को विकीर्ण करता है और एक बड़ा फोटोक्यूरेंट बनाता है, इसलिए इसमें उत्कृष्ट इलेक्ट्रॉन कंडक्शन प्रदर्शन होता है। 2007 में, A.Poloczek et al। सतह खुरदरापन में सुधार करने और SI और INP के बीच जाली बेमेल को दूर करने के लिए एक कम तापमान बफर परत को विकसित करने के लिए MBE का उपयोग किया। MOCVD का उपयोग INP सब्सट्रेट पर INGAAS पिन संरचना को एकीकृत करने के लिए किया गया था, और डिवाइस की जवाबदेही लगभग 0.57a /w थी। 2011 में, आर्मी रिसर्च लेबोरेटरी (ALR) ने नेविगेशन, बाधा/टकराव से बचाव के लिए एक LIDAR इमेजर का अध्ययन करने के लिए पिन फोटोडेटेक्टर्स का उपयोग किया, और छोटे मानव रहित ग्राउंड वाहनों के लिए शॉर्ट-रेंज टारगेट डिटेक्शन/पहचान, कम लागत वाले माइक्रोवेव एम्पलीफायर चिप के साथ एकीकृत किया गया, जो कि इंगैस पिन फोटोडेटेक्टेक्टर के सिग्नल-टू-नोइज़ अनुपात को काफी प्रभावित करता है। इस आधार पर, 2012 में, ALR ने रोबोट के लिए इस LiDAR इमेजर का उपयोग किया, जिसमें 50 मीटर से अधिक का पता लगाने की सीमा और 256 × 128 का रिज़ॉल्यूशन था।

द इनगासहिमस्खलन फोटोडेटेक्टरलाभ के साथ एक प्रकार का फोटोडेटेक्टर है, जिसकी संरचना को चित्र (सी) में दिखाया गया है। इलेक्ट्रॉन-होल जोड़ी दोहरीकरण क्षेत्र के अंदर विद्युत क्षेत्र की कार्रवाई के तहत पर्याप्त ऊर्जा प्राप्त करती है, ताकि परमाणु से टकराने के लिए, नए इलेक्ट्रॉन-होल जोड़े उत्पन्न करने, एक हिमस्खलन प्रभाव बनाने और सामग्री में गैर-संतुलन वाहक को गुणा करने के लिए। 2013 में, जॉर्ज एम ने एमबीई का उपयोग आईएनपी सब्सट्रेट पर आईएनजीएएस और इनालस मिश्र धातुओं से मेल खाने के लिए किया, मिश्र धातु संरचना में परिवर्तन, एपिटैक्सियल लेयर मोटाई, और डोपिंग को होल आयनिकरण को कम करने के लिए इलेक्ट्रोशॉक आयनीकरण को अधिकतम करने के लिए मॉड्यूलेटेड वाहक ऊर्जा के लिए डोपिंग का उपयोग किया। बराबर आउटपुट सिग्नल लाभ पर, एपीडी कम शोर और कम अंधेरे वर्तमान दिखाता है। 2016 में, सन जियानफेंग एट अल। Ingaas Avallanche Photodetector के आधार पर 1570 NM लेजर सक्रिय इमेजिंग प्रायोगिक मंच का एक सेट बनाया गया। का आंतरिक सर्किटएपीडी फोटोडेटेक्टरपूरे डिवाइस को कॉम्पैक्ट बनाते हुए, गूँज और सीधे आउटपुट डिजिटल सिग्नल प्राप्त किए। प्रयोगात्मक परिणाम छवि में दिखाया जाता है। (डी) और (ई)। चित्रा (डी) इमेजिंग लक्ष्य की एक भौतिक तस्वीर है, और आंकड़ा (ई) एक तीन आयामी दूरी की छवि है। यह स्पष्ट रूप से देखा जा सकता है कि एरिया सी के विंडो क्षेत्र में एरिया ए और बी के साथ एक निश्चित गहराई दूरी है। प्लेटफ़ॉर्म को 10 एनएस से कम पल्स चौड़ाई, सिंगल पल्स एनर्जी (1 ~ 3) एमजे एडजस्टेबल, 2 ° के लेंस फील्ड एंगल, 1 kHz की पुनरावृत्ति आवृत्ति, लगभग 60%का डिटेक्टर ड्यूटी अनुपात प्राप्त होता है। एपीडी के आंतरिक फोटोक्यूरेंट लाभ, तेजी से प्रतिक्रिया, कॉम्पैक्ट आकार, स्थायित्व और कम लागत के लिए धन्यवाद, एपीडी फोटोडेटेक्टर्स पिन फोटोडेटेक्टर्स की तुलना में पता लगाने की दर में अधिक परिमाण का एक क्रम हो सकता है, इसलिए वर्तमान मुख्यधारा LIDAR मुख्य रूप से हिमस्खलन फोटोडेटेक्टर्स द्वारा हावी है।

कुल मिलाकर, घर और विदेश में INGAAS तैयारी प्रौद्योगिकी के तेजी से विकास के साथ, हम INP सब्सट्रेट पर बड़े क्षेत्र की उच्च गुणवत्ता वाले Ingaas एपिटैक्सियल परत को तैयार करने के लिए MBE, MoCVD, LPE और अन्य तकनीकों का कुशलता से उपयोग कर सकते हैं। INGAAS फोटोडेटेक्टर्स कम डार्क करंट और उच्च जवाबदेही को प्रदर्शित करते हैं, सबसे कम डार्क करंट 0.75 Pa/μM, से कम है, अधिकतम जवाबदेही 0.57 A/W तक है, और एक तेजी से क्षणिक प्रतिक्रिया (PS ऑर्डर) है। INGAAS फोटोडेटेक्टर्स का भविष्य का विकास निम्नलिखित दो पहलुओं पर ध्यान केंद्रित करेगा: (1) INGAAS एपिटैक्सियल परत सीधे SI सब्सट्रेट पर उगाई जाती है। वर्तमान में, बाजार में अधिकांश माइक्रोइलेक्ट्रोनिक डिवाइस एसआई आधारित हैं, और आईएनजीएएस और एसआई आधारित के बाद के एकीकृत विकास सामान्य प्रवृत्ति है। Ingaas/Si के अध्ययन के लिए जाली बेमेल और थर्मल विस्तार गुणांक अंतर जैसी समस्याओं को हल करना महत्वपूर्ण है; (2) 1550 एनएम तरंग दैर्ध्य तकनीक परिपक्व रही है, और विस्तारित तरंग दैर्ध्य (2.0 ~ 2.5) माइक्रोन भविष्य की अनुसंधान दिशा है। घटकों की वृद्धि के साथ, INP सब्सट्रेट और INGAAS एपिटैक्सियल लेयर के बीच जाली बेमेल से अधिक गंभीर अव्यवस्था और दोष पैदा होंगे, इसलिए डिवाइस प्रक्रिया मापदंडों को अनुकूलित करना, जाली दोषों को कम करना और डिवाइस डार्क करंट को कम करना आवश्यक है।