की संरचनाInGaAs फोटोडिटेक्टर
1980 के दशक से, देश-विदेश के शोधकर्ताओं ने InGaAs फोटोडिटेक्टरों की संरचना का अध्ययन किया है, जिन्हें मुख्य रूप से तीन प्रकारों में विभाजित किया गया है: InGaAs मेटल-सेमीकंडक्टर-मेटल फोटोडिटेक्टर (MSM-PD), InGaAs पिन फोटोडिटेक्टर (PIN-PD), और InGaAs एवलांच फोटोडिटेक्टर (APD-PD)। विभिन्न संरचनाओं वाले InGaAs फोटोडिटेक्टरों की निर्माण प्रक्रिया और लागत में महत्वपूर्ण अंतर हैं, और उपकरण के प्रदर्शन में भी काफी भिन्नता पाई जाती है।
InGaAs धातु-अर्धचालक-धातुफोटोडिटेक्टरचित्र (a) में दर्शाया गया, एक विशेष संरचना है जो शॉटकी जंक्शन पर आधारित है। 1992 में, शी एट अल. ने निम्न दाब धातु-कार्बनिक वाष्प चरण एपिटैक्सी तकनीक (LP-MOVPE) का उपयोग करके एपिटैक्सी परतें विकसित कीं और InGaAs MSM फोटोडिटेक्टर तैयार किया, जिसमें 1.3 μm तरंगदैर्ध्य पर 0.42 A/W की उच्च प्रतिक्रियाशीलता और 1.5 V पर 5.6 pA/μm² से कम डार्क करंट है। 1996 में, झांग एट अल. ने गैस चरण आणविक बीम एपिटैक्सी (GSMBE) का उपयोग करके InAlAs-InGaAs-InP एपिटैक्सी परत विकसित की। InAlAs परत ने उच्च प्रतिरोधकता विशेषताएँ प्रदर्शित कीं, और एक्स-रे विवर्तन माप द्वारा विकास स्थितियों को अनुकूलित किया गया, ताकि InGaAs और InAlAs परतों के बीच जाली बेमेल 1×10⁻³ की सीमा के भीतर हो। इसके परिणामस्वरूप, 10 V पर 0.75 pA/μm² से कम डार्क करंट और 5 V पर 16 ps तक की तीव्र ट्रांजिएंट प्रतिक्रिया के साथ डिवाइस का प्रदर्शन बेहतर होता है। कुल मिलाकर, MSM संरचना वाला फोटोडिटेक्टर सरल और आसानी से एकीकृत किया जा सकता है, जो कम डार्क करंट (pA क्रम) दर्शाता है, लेकिन धातु इलेक्ट्रोड डिवाइस के प्रभावी प्रकाश अवशोषण क्षेत्र को कम कर देता है, इसलिए इसकी प्रतिक्रिया अन्य संरचनाओं की तुलना में कम होती है।
चित्र (b) में दर्शाए अनुसार, InGaAs PIN फोटोडिटेक्टर P-प्रकार संपर्क परत और N-प्रकार संपर्क परत के बीच एक आंतरिक परत सम्मिलित करता है, जिससे रिक्तीकरण क्षेत्र की चौड़ाई बढ़ जाती है, इस प्रकार अधिक इलेक्ट्रॉन-होल युग्मों का विकिरण होता है और एक बड़ा फोटोकरंट बनता है, इसलिए इसमें उत्कृष्ट इलेक्ट्रॉन चालन क्षमता होती है। 2007 में, ए. पोलोचेक एट अल. ने सतह की 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, और डिवाइस की प्रतिक्रियाशीलता लगभग 0.57A/W थी। 2011 में, आर्मी रिसर्च लेबोरेटरी (ALR) ने छोटे मानवरहित जमीनी वाहनों के लिए नेविगेशन, बाधा/टकराव से बचाव और अल्प-श्रेणी लक्ष्य का पता लगाने/पहचान करने हेतु एक LiDAR इमेजर का अध्ययन करने के लिए PIN फोटोडिटेक्टरों का उपयोग किया। इसमें एक कम लागत वाली माइक्रोवेव एम्पलीफायर चिप को एकीकृत किया गया था, जिसने InGaAs PIN फोटोडिटेक्टर के सिग्नल-टू-नॉइज़ अनुपात में उल्लेखनीय सुधार किया। इसी आधार पर, 2012 में, ALR ने इस LiDAR इमेजर का उपयोग रोबोटों के लिए किया, जिसकी पहचान सीमा 50 मीटर से अधिक और रिज़ॉल्यूशन 256 × 128 था।
इनगासहिमस्खलन फोटोडिटेक्टरयह एक प्रकार का गेन युक्त फोटोडिटेक्टर है, जिसकी संरचना चित्र (c) में दर्शाई गई है। इलेक्ट्रॉन-होल युग्म दोहरीकरण क्षेत्र के भीतर विद्युत क्षेत्र की क्रिया के तहत पर्याप्त ऊर्जा प्राप्त करता है, जिससे वह परमाणु से टकराकर नए इलेक्ट्रॉन-होल युग्म उत्पन्न करता है, हिमस्खलन प्रभाव बनाता है और पदार्थ में गैर-संतुलित वाहकों को कई गुना बढ़ा देता है। 2013 में, जॉर्ज एम ने MBE का उपयोग करके InP सब्सट्रेट पर जाली-मिलान वाले InGaAs और InAlAs मिश्र धातुओं को विकसित किया, मिश्र धातु संरचना, एपिटैक्सियल परत की मोटाई और डोपिंग में परिवर्तन का उपयोग करके वाहक ऊर्जा को नियंत्रित किया ताकि इलेक्ट्रोशॉक आयनीकरण को अधिकतम किया जा सके और होल आयनीकरण को न्यूनतम किया जा सके। समतुल्य आउटपुट सिग्नल गेन पर, APD कम शोर और कम डार्क करंट दिखाता है। 2016 में, सन जियानफेंग एट अल. ने InGaAs हिमस्खलन फोटोडिटेक्टर पर आधारित 1570 nm लेजर सक्रिय इमेजिंग प्रायोगिक प्लेटफॉर्म का एक सेट बनाया। आंतरिक परिपथएपीडी फोटोडिटेक्टरप्राप्त प्रतिध्वनियों को सीधे डिजिटल सिग्नल में परिवर्तित करके, संपूर्ण उपकरण को कॉम्पैक्ट बनाया गया है। प्रायोगिक परिणाम चित्र (d) और (e) में दर्शाए गए हैं। चित्र (d) इमेजिंग लक्ष्य का भौतिक चित्र है, और चित्र (e) एक त्रि-आयामी दूरी छवि है। यह स्पष्ट रूप से देखा जा सकता है कि क्षेत्र c के विंडो क्षेत्र की क्षेत्र A और b के साथ एक निश्चित गहराई दूरी है। यह प्लेटफॉर्म 10 ns से कम पल्स चौड़ाई, (1 ~ 3) mJ समायोज्य एकल पल्स ऊर्जा, 2° का प्राप्त लेंस क्षेत्र कोण, 1 kHz की पुनरावृति आवृत्ति और लगभग 60% का डिटेक्टर ड्यूटी अनुपात प्राप्त करता है। APD के आंतरिक फोटोकरंट लाभ, तीव्र प्रतिक्रिया, कॉम्पैक्ट आकार, स्थायित्व और कम लागत के कारण, APD फोटोडिटेक्टरों की पहचान दर PIN फोटोडिटेक्टरों की तुलना में दस गुना अधिक हो सकती है, इसलिए वर्तमान मुख्यधारा LiDAR में मुख्य रूप से एवलांच फोटोडिटेक्टरों का वर्चस्व है।
कुल मिलाकर, देश और विदेश में InGaAs निर्माण तकनीक के तीव्र विकास के साथ, हम InP सबस्ट्रेट पर बड़े क्षेत्र की उच्च-गुणवत्ता वाली InGaAs एपिटैक्सियल 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, न्यूनतम डार्क करंट 0.75 pA/μm² से कम है, अधिकतम प्रतिक्रियाशीलता 0.57 A/W तक है, और इसमें तीव्र क्षणिक प्रतिक्रिया (ps क्रम) है। InGaAs फोटोडिटेक्टरों का भविष्य का विकास निम्नलिखित दो पहलुओं पर केंद्रित होगा: (1) InGaAs एपिटैक्सियल परत को सीधे Si सबस्ट्रेट पर उगाया जाता है। वर्तमान में, बाजार में अधिकांश माइक्रोइलेक्ट्रॉनिक उपकरण Si आधारित हैं, और InGaAs और Si आधारित उपकरणों का एकीकृत विकास एक सामान्य प्रवृत्ति है। InGaAs/Si के अध्ययन के लिए जाली बेमेल और तापीय विस्तार गुणांक अंतर जैसी समस्याओं का समाधान करना महत्वपूर्ण है; (2) 1550 एनएम तरंगदैर्ध्य प्रौद्योगिकी परिपक्व हो चुकी है, और विस्तारित तरंगदैर्ध्य (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 से अधिक गंभीर विस्थापन और दोष उत्पन्न होंगे, इसलिए उपकरण प्रक्रिया मापदंडों को अनुकूलित करना, जाली दोषों को कम करना और उपकरण के डार्क करंट को कम करना आवश्यक है।
पोस्ट करने का समय: 6 मई 2024