की संरचनाInGaAs फोटोडिटेक्टर
1980 के दशक से, देश और विदेश के शोधकर्ताओं ने InGaAs फोटोडिटेक्टरों की संरचना का अध्ययन किया है, जो मुख्य रूप से तीन प्रकारों में विभाजित हैं। वे InGaAs मेटल-सेमीकंडक्टर-मेटल फोटोडिटेक्टर (MSM-PD), InGaAs पिन फोटोडिटेक्टर (PIN-PD), और InGaAs एवलांच फोटोडिटेक्टर (APD-PD) हैं। विभिन्न संरचनाओं वाले InGaAs फोटोडिटेक्टरों की निर्माण प्रक्रिया और लागत में महत्वपूर्ण अंतर हैं, और डिवाइस के प्रदर्शन में भी काफी अंतर हैं।
InGaAs धातु-अर्धचालक-धातुफोटोडिटेक्टरचित्र (ए) में दिखाया गया, शोट्की जंक्शन पर आधारित एक विशेष संरचना है। 1992 में, शी एट अल। एपिटेक्सी परतों को विकसित करने के लिए निम्न दबाव धातु-कार्बनिक वाष्प चरण एपिटैक्सी तकनीक (एलपी-एमओवीपीई) का उपयोग किया गया और InGaAs एमएसएम फोटोडिटेक्टर तैयार किया गया, जिसमें 1.3 माइक्रोन की तरंग दैर्ध्य पर 0.42 ए/डब्ल्यू की उच्च प्रतिक्रियाशीलता और 5.6 पीए/से कम डार्क करंट है। 1.5 वी पर μm²। 1996 में, झांग एट अल। InAlAs-InGaAs-InP एपिटैक्सी परत को विकसित करने के लिए गैस चरण आणविक बीम एपिटैक्सी (GSMBE) का उपयोग किया गया। InAlAs परत ने उच्च प्रतिरोधकता विशेषताओं को दिखाया, और विकास की स्थिति को एक्स-रे विवर्तन माप द्वारा 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 तेज 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) दिखाता है। ऑर्डर), लेकिन धातु इलेक्ट्रोड डिवाइस के प्रभावी प्रकाश अवशोषण क्षेत्र को कम कर देगा, इसलिए प्रतिक्रिया अन्य संरचनाओं की तुलना में कम है।
InGaAs पिन फोटोडिटेक्टर पी-प्रकार संपर्क परत और एन-प्रकार संपर्क परत के बीच एक आंतरिक परत डालता है, जैसा कि चित्र (बी) में दिखाया गया है, जो कमी क्षेत्र की चौड़ाई बढ़ाता है, इस प्रकार अधिक इलेक्ट्रॉन-छेद जोड़े विकिरण करता है और एक बनाता है बड़ा फोटोकरंट, इसलिए इसमें उत्कृष्ट इलेक्ट्रॉन चालन प्रदर्शन है। 2007 में, ए.पोलोक्ज़ेक एट अल। सतह के खुरदरेपन 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 गया। MOCVD का उपयोग InP सब्सट्रेट पर InGaAs पिन संरचना को एकीकृत करने के लिए किया गया था, और डिवाइस की प्रतिक्रिया लगभग 0.57A /W थी। 2011 में, आर्मी रिसर्च लेबोरेटरी (एएलआर) ने नेविगेशन, बाधा/टक्कर से बचने और छोटे मानवरहित जमीनी वाहनों के लिए कम दूरी के लक्ष्य का पता लगाने/पहचान के लिए एक लिडार इमेजर का अध्ययन करने के लिए पिन फोटोडिटेक्टरों का उपयोग किया, जो कम लागत वाले माइक्रोवेव एम्पलीफायर चिप के साथ एकीकृत था। InGaAs पिन फोटोडिटेक्टर के सिग्नल-टू-शोर अनुपात में उल्लेखनीय सुधार हुआ। इस आधार पर, 2012 में, ALR ने रोबोटों के लिए इस liDAR इमेजर का उपयोग किया, जिसकी डिटेक्शन रेंज 50 मीटर से अधिक और 256 × 128 का रिज़ॉल्यूशन था।
InGaAsहिमस्खलन फोटोडिटेक्टरलाभ के साथ एक प्रकार का फोटोडिटेक्टर है, जिसकी संरचना चित्र (सी) में दिखाई गई है। इलेक्ट्रॉन-छेद जोड़ी दोहरीकरण क्षेत्र के अंदर विद्युत क्षेत्र की कार्रवाई के तहत पर्याप्त ऊर्जा प्राप्त करती है, ताकि परमाणु से टकरा सके, नए इलेक्ट्रॉन-छेद जोड़े उत्पन्न कर सके, एक हिमस्खलन प्रभाव बना सके, और सामग्री में गैर-संतुलन वाहक को गुणा कर सके। . 2013 में, जॉर्ज एम ने एक InP सब्सट्रेट पर जाली से मेल खाने वाले InGaAs और InAlAs मिश्र धातुओं को विकसित करने के लिए MBE का उपयोग किया, छेद आयनीकरण को कम करते हुए इलेक्ट्रोशॉक आयनीकरण को अधिकतम करने के लिए मिश्र धातु संरचना, एपिटैक्सियल परत की मोटाई और संशोधित वाहक ऊर्जा में डोपिंग का उपयोग किया। समतुल्य आउटपुट सिग्नल लाभ पर, एपीडी कम शोर और कम डार्क करंट दिखाता है। 2016 में, सन जियानफ़ेंग एट अल। InGaAs हिमस्खलन फोटोडिटेक्टर के आधार पर 1570 एनएम लेजर सक्रिय इमेजिंग प्रायोगिक मंच का एक सेट बनाया गया। का आंतरिक सर्किटएपीडी फोटोडिटेक्टरप्रतिध्वनियाँ प्राप्त हुईं और सीधे डिजिटल सिग्नल आउटपुट हुए, जिससे पूरा उपकरण कॉम्पैक्ट हो गया। प्रयोगात्मक परिणाम छवि में दिखाया जाता है। (डी) और (ई)। 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 c के विंडो क्षेत्र में क्षेत्र A और b के साथ एक निश्चित गहराई की दूरी है। प्लेटफ़ॉर्म पल्स चौड़ाई 10 एनएस से कम, एकल पल्स ऊर्जा (1 ~ 3) एमजे समायोज्य, 2 डिग्री के लेंस फ़ील्ड कोण प्राप्त करने, 1 किलोहर्ट्ज़ की पुनरावृत्ति आवृत्ति, लगभग 60% के डिटेक्टर ड्यूटी अनुपात का एहसास करता है। एपीडी के आंतरिक फोटोकरंट लाभ, तेज प्रतिक्रिया, कॉम्पैक्ट आकार, स्थायित्व और कम लागत के लिए धन्यवाद, एपीडी फोटोडिटेक्टर पिन फोटोडिटेक्टर की तुलना में पता लगाने की दर में अधिक परिमाण का क्रम हो सकता है, इसलिए वर्तमान मुख्यधारा liDAR में मुख्य रूप से हिमस्खलन फोटोडिटेक्टर का प्रभुत्व है।
कुल मिलाकर, देश और विदेश में InGaAs तैयारी तकनीक के तेजी से विकास के साथ, हम InP सब्सट्रेट 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, सबसे कम डार्क करंट 0.75 pA/μm² से कम है, अधिकतम प्रतिक्रियाशीलता 0.57 A/W तक है, और इसमें तेज़ क्षणिक प्रतिक्रिया (पीएस ऑर्डर) है। InGaAs फोटोडिटेक्टरों का भविष्य का विकास निम्नलिखित दो पहलुओं पर ध्यान केंद्रित करेगा: (1) InGaAs एपिटैक्सियल परत सीधे Si सब्सट्रेट पर विकसित होती है। वर्तमान में, बाजार में अधिकांश माइक्रोइलेक्ट्रॉनिक उपकरण Si आधारित हैं, और InGaAs और Si आधारित बाद का 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 हो गई है, और विस्तारित तरंग दैर्ध्य (2.0 ~ 2.5) माइक्रोन भविष्य की अनुसंधान दिशा है। इन 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।
पोस्ट समय: मई-06-2024