InGaAs फोटोडिटेक्टर की संरचना

की संरचनाInGaAs फोटोडिटेक्टर

1980 के दशक से ही देश-विदेश के शोधकर्ताओं ने InGaAs फोटोडिटेक्टर की संरचना का अध्ययन किया है, जिन्हें मुख्य रूप से तीन प्रकारों में विभाजित किया गया है। वे हैं InGaAs मेटल-सेमीकंडक्टर-मेटल फोटोडिटेक्टर (MSM-PD), InGaAs PIN फोटोडिटेक्टर (PIN-PD), और InGaAs एवलांच फोटोडिटेक्टर (APD-PD)। अलग-अलग संरचनाओं वाले InGaAs फोटोडिटेक्टर की निर्माण प्रक्रिया और लागत में महत्वपूर्ण अंतर हैं, और डिवाइस के प्रदर्शन में भी बहुत अंतर है।

InGaAs धातु-अर्धचालक-धातुफोटोडिटेक्टर, चित्र (a) में दिखाया गया है, शॉट्की जंक्शन पर आधारित एक विशेष संरचना है। 1992 में, शि एट अल ने एपिटैक्सी परतों को विकसित करने के लिए कम दबाव वाले मेटल-ऑर्गेनिक वेपर फेज़ एपिटैक्सी तकनीक (LP-MOVPE) का इस्तेमाल किया और InGaAs MSM फोटोडिटेक्टर तैयार किया, जिसमें 1.3 μm तरंग दैर्ध्य पर 0.42 A/W की उच्च प्रतिक्रियाशीलता और 1.5 V पर 5.6 pA/ μm² से कम का डार्क करंट है। 1996 में, झांग एट अल ने InAlAs-InGaAs-InP एपिटैक्सी परत को विकसित करने के लिए गैस फेज़ मॉलिक्यूलर बीम एपिटैक्सी (GSMBE) का इस्तेमाल किया। InAlAs परत ने उच्च प्रतिरोधकता विशेषताएँ दिखाईं इसके परिणामस्वरूप 10 V पर 0.75 pA/μm² से नीचे के डार्क करंट और 5 V पर 16 ps तक के तीव्र क्षणिक प्रतिक्रिया के साथ अनुकूलित डिवाइस प्रदर्शन होता है। कुल मिलाकर, MSM संरचना फोटोडिटेक्टर सरल और एकीकृत करने में आसान है, जो कम डार्क करंट (pA क्रम) दिखाता है, लेकिन धातु इलेक्ट्रोड डिवाइस के प्रभावी प्रकाश अवशोषण क्षेत्र को कम कर देगा, इसलिए प्रतिक्रिया अन्य संरचनाओं की तुलना में कम है।

InGaAs PIN फोटोडिटेक्टर P-प्रकार संपर्क परत और N-प्रकार संपर्क परत के बीच एक आंतरिक परत डालता है, जैसा कि चित्र (b) 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 फोटोकरंट बनाता है, इसलिए इसमें उत्कृष्ट इलेक्ट्रॉन चालन प्रदर्शन होता है। 2007 में, A.Poloczek et al. ने सतह खुरदरापन को सुधारने और Si और InP के बीच जाली बेमेल को दूर करने के लिए कम तापमान वाली बफर परत विकसित करने के लिए MBE का उपयोग किया। InP सब्सट्रेट पर InGaAs PIN संरचना को एकीकृत करने के लिए MOCVD का उपयोग किया गया था, और डिवाइस की प्रतिक्रियाशीलता लगभग 0.57A /W थी। 2011 में, आर्मी रिसर्च लेबोरेटरी (ALR) ने नेविगेशन, बाधा/टकराव से बचने और छोटे मानव रहित जमीनी वाहनों के लिए कम दूरी के लक्ष्य का पता लगाने/पहचान करने के लिए एक liDAR इमेजर का अध्ययन करने के लिए PIN फोटोडिटेक्टर का उपयोग किया, जिसे कम लागत वाले माइक्रोवेव एम्पलीफायर चिप के साथ एकीकृत किया गया, जिसने InGaAs PIN फोटोडिटेक्टर के सिग्नल-टू-शोर अनुपात में काफी सुधार किया। इस आधार पर, 2012 में, ALR ने रोबोट के लिए इस liDAR इमेजर का उपयोग किया, जिसकी पहचान सीमा 50 मीटर से अधिक और 256 × 128 का रिज़ॉल्यूशन था।

InGaAs (इनगैस)हिमस्खलन फोटो डिटेक्टरलाभ के साथ एक प्रकार का फोटोडिटेक्टर है, जिसकी संरचना चित्र (सी) में दिखाई गई है। इलेक्ट्रॉन-होल जोड़ी दोहरीकरण क्षेत्र के अंदर विद्युत क्षेत्र की क्रिया के तहत पर्याप्त ऊर्जा प्राप्त करती है, ताकि परमाणु से टकरा सके, नए इलेक्ट्रॉन-होल जोड़े उत्पन्न कर सके, हिमस्खलन प्रभाव बना सके और सामग्री में गैर-संतुलन वाहकों को गुणा कर सके। 2013 में, जॉर्ज एम ने मिश्र धातु संरचना, एपिटैक्सियल परत की मोटाई में परिवर्तन और मॉड्युलेटेड वाहक ऊर्जा में डोपिंग का उपयोग करके छेद आयनीकरण को कम करते हुए इलेक्ट्रोशॉक आयनीकरण को अधिकतम करने के लिए एक InP सब्सट्रेट पर जाली मिलान InGaAs और InAlAs मिश्र धातुओं को विकसित करने के लिए MBE का उपयोग किया। समतुल्य आउटपुट सिग्नल लाभ पर, APD कम शोर और कम डार्क करंट दिखाता है। 2016 में, सन जियानफेंग एट अल ने InGaAs हिमस्खलन फोटोडिटेक्टर पर आधारित 1570 एनएम लेजर सक्रिय इमेजिंग प्रयोगात्मक प्लेटफॉर्म का एक सेट बनाया।एपीडी फोटोडिटेक्टरप्राप्त प्रतिध्वनि और सीधे डिजिटल सिग्नल आउटपुट करते हैं, जिससे पूरा उपकरण कॉम्पैक्ट हो जाता है। प्रयोगात्मक परिणाम चित्र (डी) और (ई) में दिखाए गए हैं। चित्र (डी) इमेजिंग लक्ष्य की एक भौतिक तस्वीर है, और चित्र (ई) एक त्रि-आयामी दूरी की छवि है। यह स्पष्ट रूप से देखा जा सकता है कि क्षेत्र सी के विंडो क्षेत्र में क्षेत्र ए और बी के साथ एक निश्चित गहराई की दूरी है। प्लेटफ़ॉर्म 10 ns से कम पल्स चौड़ाई, एकल पल्स ऊर्जा (1 ~ 3) mJ समायोज्य, 2° का लेंस क्षेत्र कोण प्राप्त करने, 1 kHz की पुनरावृत्ति आवृत्ति, लगभग 60% का डिटेक्टर ड्यूटी अनुपात प्राप्त करता है। APD के आंतरिक फोटोकरंट लाभ, तेज प्रतिक्रिया, कॉम्पैक्ट आकार, स्थायित्व और कम लागत के कारण, APD फोटोडिटेक्टर PIN फोटोडिटेक्टर की तुलना में पता लगाने की दर में एक क्रम का परिमाण अधिक हो सकते हैं

कुल मिलाकर, देश-विदेश में InGaAs तैयार करने की तकनीक के तेज़ विकास के साथ, हम InP सबस्ट्रेट पर बड़े क्षेत्र में उच्च गुणवत्ता वाली InGaAs एपीटैक्सियल परत तैयार करने के लिए MBE, MOCVD, LPE और अन्य तकनीकों का कुशलतापूर्वक उपयोग कर सकते हैं। InGaAs फोटोडिटेक्टर कम डार्क करंट और उच्च प्रतिक्रियाशीलता प्रदर्शित करते हैं, सबसे कम डार्क करंट 0.75 pA/μm² से कम है, अधिकतम प्रतिक्रियाशीलता 0.57 A/W तक है, और इसमें तेज़ क्षणिक प्रतिक्रिया (ps ऑर्डर) है। InGaAs फोटोडिटेक्टर का भविष्य का विकास निम्नलिखित दो पहलुओं पर ध्यान केंद्रित करेगा: (1) InGaAs एपीटैक्सियल परत सीधे Si सब्सट्रेट पर उगाई जाती है। वर्तमान में, बाजार में अधिकांश माइक्रोइलेक्ट्रॉनिक उपकरण Si आधारित हैं (2) 1550 एनएम तरंग दैर्ध्य प्रौद्योगिकी परिपक्व हो गई है, और विस्तारित तरंग दैर्ध्य (2.0 ~ 2.5) μm भविष्य की अनुसंधान दिशा है। In घटकों की वृद्धि के साथ, InP सब्सट्रेट और InGaAs एपिटैक्सियल परत के बीच जाली बेमेल अधिक गंभीर अव्यवस्था और दोषों को जन्म देगा, इसलिए डिवाइस प्रक्रिया मापदंडों को अनुकूलित करना, जाली दोषों को कम करना और डिवाइस डार्क करंट को कम करना आवश्यक है।