નું માળખુંInGaAs ફોટોડિટેક્ટર
1980 ના દાયકાથી, દેશ-વિદેશના સંશોધકોએ InGaAs ફોટોડિટેક્ટરની રચનાનો અભ્યાસ કર્યો છે, જે મુખ્યત્વે ત્રણ પ્રકારોમાં વિભાજિત છે. તેઓ છે InGaAs મેટલ-સેમિકન્ડક્ટર-મેટલ ફોટોડિટેક્ટર (MSM-PD), InGaAs PIN ફોટોડિટેક્ટર (PIN-PD), અને InGaAs એવલાન્ચ ફોટોડિટેક્ટર (APD-PD). અલગ-અલગ સ્ટ્રક્ચર્સ સાથે InGaAs ફોટોડિટેક્ટર્સની ફેબ્રિકેશન પ્રક્રિયા અને કિંમતમાં નોંધપાત્ર તફાવત છે, અને ઉપકરણની કામગીરીમાં પણ મોટો તફાવત છે.
InGaAs મેટલ-સેમિકન્ડક્ટર-મેટલફોટોડિટેક્ટર, આકૃતિ (a) માં દર્શાવવામાં આવ્યું છે, તે Schottky જંકશન પર આધારિત એક વિશિષ્ટ માળખું છે. 1992 માં, શી એટ અલ. નીચા દબાણવાળી મેટલ-ઓર્ગેનિક વેપર ફેઝ એપિટેક્સી ટેક્નોલોજી (LP-MOVPE) નો ઉપયોગ એપિટાક્સી સ્તરો વધારવા માટે કર્યો અને InGaAs MSM ફોટોડિટેક્ટર તૈયાર કર્યું, જે 1.3 μm ની તરંગલંબાઇ પર 0.42 A/W ની ઊંચી પ્રતિભાવ ધરાવે છે અને 5.6 pA/ કરતાં નીચો ઘેરો પ્રવાહ ધરાવે છે. 1.5 V પર μm². 1996 માં, ઝાંગ એટ અલ. InAlAs-InGaAs-InP એપિટાક્સી સ્તરને વધારવા માટે ગેસ ફેઝ મોલેક્યુલર બીમ એપિટાક્સી (GSMBE) નો ઉપયોગ કર્યો. InAlAs સ્તરે ઉચ્ચ પ્રતિકારકતા લાક્ષણિકતાઓ દર્શાવી હતી, અને વૃદ્ધિની સ્થિતિ એક્સ-રે વિવર્તન માપન દ્વારા ઑપ્ટિમાઇઝ કરવામાં આવી હતી, જેથી InGaAs અને InAlAs સ્તરો વચ્ચેની જાળીનો મેળ 1×10⁻³ ની રેન્જમાં હતો. આના પરિણામે 10 V પર 0.75 pA/μm² ની નીચે શ્યામ પ્રવાહ અને 5 V પર 16 ps સુધી ઝડપી ક્ષણિક પ્રતિસાદ સાથે ઑપ્ટિમાઇઝ ઉપકરણ પ્રદર્શનમાં પરિણમે છે. એકંદરે, MSM માળખું ફોટોડિટેક્ટર સરળ અને સંકલિત કરવામાં સરળ છે, જે નીચા શ્યામ પ્રવાહ (pA) દર્શાવે છે. ઓર્ડર), પરંતુ મેટલ ઇલેક્ટ્રોડ ઉપકરણના અસરકારક પ્રકાશ શોષણ વિસ્તારને ઘટાડશે, તેથી પ્રતિભાવ અન્ય માળખાં કરતાં ઓછો છે.
InGaAs PIN ફોટોડિટેક્ટર પી-ટાઈપ કોન્ટેક્ટ લેયર અને એન-ટાઈપ કોન્ટેક્ટ લેયર વચ્ચે એક આંતરિક સ્તર દાખલ કરે છે, જેમ કે આકૃતિ (b) માં બતાવ્યા પ્રમાણે, જે અવક્ષય પ્રદેશની પહોળાઈને વધારે છે, આમ વધુ ઈલેક્ટ્રોન-હોલ જોડીને વિકિરણ કરે છે અને એક રચના કરે છે. વધુ મોટો ફોટોકરન્ટ, તેથી તે ઉત્તમ ઇલેક્ટ્રોન વહન પ્રદર્શન ધરાવે છે. 2007 માં, A.Poloczek et al. સપાટીની ખરબચડીને સુધારવા અને Si અને InP વચ્ચેના જાળીના અસંગતતાને દૂર કરવા માટે નીચા-તાપમાનના બફર સ્તરને ઉગાડવા માટે MBE નો ઉપયોગ કર્યો. MOCVD નો ઉપયોગ InP સબસ્ટ્રેટ પર InGaAs PIN સ્ટ્રક્ચરને એકીકૃત કરવા માટે કરવામાં આવ્યો હતો, અને ઉપકરણની પ્રતિભાવ લગભગ 0.57A/W હતી. 2011 માં, આર્મી રિસર્ચ લેબોરેટરી (ALR) એ ઓછી કિંમતની માઇક્રોવેવ એમ્પ્લીફાયર ચિપ સાથે સંકલિત નાના માનવરહિત ગ્રાઉન્ડ વાહનો માટે નેવિગેશન, અવરોધ/અથડામણ ટાળવા અને ટૂંકા અંતરના લક્ષ્ય શોધ/ઓળખ માટે liDAR ઈમેજરનો અભ્યાસ કરવા માટે PIN ફોટોડિટેક્ટરનો ઉપયોગ કર્યો હતો. InGaAs PIN ફોટોડિટેક્ટરના સિગ્નલ-ટુ-નોઈઝ રેશિયોમાં નોંધપાત્ર સુધારો કર્યો છે. આના આધારે, 2012 માં, ALR એ આ liDAR ઈમેજરનો ઉપયોગ રોબોટ્સ માટે કર્યો હતો, જેની શોધ રેન્જ 50 મીટરથી વધુ અને 256 × 128 નું રિઝોલ્યુશન હતું.
આ InGaAsહિમપ્રપાત ફોટોડિટેક્ટરગેઇન સાથે ફોટોડિટેક્ટરનો એક પ્રકાર છે, જેનું માળખું આકૃતિ (c) માં બતાવવામાં આવ્યું છે. ઇલેક્ટ્રોન-હોલ જોડી બમણા ક્ષેત્રની અંદર ઇલેક્ટ્રિક ફિલ્ડની ક્રિયા હેઠળ પૂરતી ઊર્જા મેળવે છે, જેથી અણુ સાથે અથડાઈ શકે, નવા ઇલેક્ટ્રોન-હોલ જોડી પેદા કરી શકે, હિમપ્રપાત અસર બનાવે અને સામગ્રીમાં બિન-સંતુલન વાહકોનો ગુણાકાર કરી શકે. . 2013 માં, જ્યોર્જ M એ એક InP સબસ્ટ્રેટ પર જાળી સાથે મેળ ખાતા InGaAs અને InAlAs એલોયને ઉગાડવા માટે MBE નો ઉપયોગ કર્યો, એલોય રચના, એપિટેક્સિયલ સ્તરની જાડાઈ અને મોડ્યુલેટેડ કેરિયર એનર્જીમાં ડોપિંગનો ઉપયોગ કરીને ઇલેક્ટ્રોશૉક આયનાઇઝેશનને મહત્તમ કરવા જ્યારે છિદ્ર આયનીકરણને ઓછું કર્યું. સમકક્ષ આઉટપુટ સિગ્નલ ગેઇન પર, APD ઓછો અવાજ અને નીચો ઘેરો પ્રવાહ દર્શાવે છે. 2016 માં, સન જિયાનફેંગ એટ અલ. InGaAs હિમપ્રપાત ફોટોડિટેક્ટર પર આધારિત 1570 nm લેસર સક્રિય ઇમેજિંગ પ્રાયોગિક પ્લેટફોર્મનો સમૂહ બનાવ્યો. ની આંતરિક સર્કિટએપીડી ફોટોડિટેક્ટરઇકો પ્રાપ્ત કરે છે અને સીધા જ ડિજિટલ સિગ્નલ આઉટપુટ કરે છે, જે સમગ્ર ઉપકરણને કોમ્પેક્ટ બનાવે છે. પ્રાયોગિક પરિણામો FIG માં દર્શાવવામાં આવ્યા છે. (d) અને (e). આકૃતિ (d) એ ઇમેજિંગ લક્ષ્યનો ભૌતિક ફોટો છે, અને આકૃતિ (e) ત્રિ-પરિમાણીય અંતરની છબી છે. તે સ્પષ્ટપણે જોઈ શકાય છે કે વિસ્તાર c ના વિન્ડો વિસ્તાર A અને b સાથે ચોક્કસ ઊંડાઈનું અંતર ધરાવે છે. પ્લેટફોર્મ 10 ns કરતાં ઓછી પલ્સ પહોળાઈ, સિંગલ પલ્સ એનર્જી (1 ~ 3) mJ એડજસ્ટેબલ, લેન્સ ફીલ્ડ એંગલ 2°, રિપીટિશન ફ્રીક્વન્સી 1 kHz, લગભગ 60% ડિટેક્ટર ડ્યુટી રેશિયો અનુભવે છે. APDના આંતરિક ફોટોકરન્ટ ગેઇન, ઝડપી પ્રતિસાદ, કોમ્પેક્ટ કદ, ટકાઉપણું અને ઓછી કિંમત માટે આભાર, APD ફોટોડિટેક્ટર પિન ફોટોડિટેક્ટર કરતાં ડિટેક્શન રેટમાં વધુ તીવ્રતાનો ઓર્ડર હોઈ શકે છે, તેથી વર્તમાન મુખ્ય પ્રવાહના liDAR મુખ્યત્વે હિમપ્રપાત ફોટોડિટેક્ટર દ્વારા પ્રભુત્વ ધરાવે છે.
એકંદરે, દેશ-વિદેશમાં InGaAs તૈયારી ટેક્નોલોજીના ઝડપી વિકાસ સાથે, અમે InP સબસ્ટ્રેટ પર મોટા વિસ્તારના ઉચ્ચ-ગુણવત્તાવાળા InGaAs એપિટેક્સિયલ સ્તર તૈયાર કરવા માટે MBE, MOCVD, LPE અને અન્ય તકનીકોનો કુશળતાપૂર્વક ઉપયોગ કરી શકીએ છીએ. InGaAs ફોટોડિટેક્ટર નીચા શ્યામ પ્રવાહ અને ઉચ્ચ પ્રતિભાવ દર્શાવે છે, સૌથી નીચો શ્યામ પ્રવાહ 0.75 PA/μm² કરતા ઓછો છે, મહત્તમ પ્રતિભાવ 0.57 A/W સુધી છે, અને ઝડપી ક્ષણિક પ્રતિભાવ (ps ઓર્ડર) ધરાવે છે. InGaAs ફોટોડિટેક્ટરનો ભાવિ વિકાસ નીચેના બે પાસાઓ પર ધ્યાન કેન્દ્રિત કરશે: (1) InGaAs એપિટાક્સિયલ સ્તર સીધા Si સબસ્ટ્રેટ પર ઉગાડવામાં આવે છે. હાલમાં, બજારમાં મોટાભાગના માઇક્રોઇલેક્ટ્રોનિક ઉપકરણો Si આધારિત છે, અને InGaAs અને Si આધારિત અનુગામી સંકલિત વિકાસ સામાન્ય વલણ છે. InGaAs/Si ના અભ્યાસ માટે લેટીસ મિસમેચ અને થર્મલ વિસ્તરણ ગુણાંક તફાવત જેવી સમસ્યાઓનું નિરાકરણ મહત્વપૂર્ણ છે; (2) 1550 nm તરંગલંબાઇની તકનીક પરિપક્વ થઈ છે, અને વિસ્તૃત તરંગલંબાઇ (2.0 ~ 2.5) μm એ ભાવિ સંશોધન દિશા છે. In ઘટકોના વધારા સાથે, InP સબસ્ટ્રેટ અને InGaAs એપિટાક્સિયલ લેયર વચ્ચેની જાળીનો મેળ ન પડે તે વધુ ગંભીર ડિસલોકેશન અને ખામીઓ તરફ દોરી જશે, તેથી ઉપકરણ પ્રક્રિયાના પરિમાણોને ઑપ્ટિમાઇઝ કરવા, જાળીની ખામીઓ ઘટાડવા અને ઉપકરણના શ્યામ પ્રવાહને ઘટાડવા જરૂરી છે.
પોસ્ટ સમય: મે-06-2024