InGaAs ફોટોડિટેક્ટરની રચના

ની રચનાInGaAs ફોટોડિટેક્ટર

૧૯૮૦ ના દાયકાથી, દેશ-વિદેશના સંશોધકોએ InGaAs ફોટોડિટેક્ટર્સની રચનાનો અભ્યાસ કર્યો છે, જે મુખ્યત્વે ત્રણ પ્રકારોમાં વહેંચાયેલા છે. તે છે InGaAs મેટલ-સેમિકન્ડક્ટર-મેટલ ફોટોડિટેક્ટર (MSM-PD), InGaAs PIN ફોટોડિટેક્ટર (PIN-PD), અને InGaAs એવલાન્ચ ફોટોડિટેક્ટર (APD-PD). વિવિધ માળખાવાળા InGaAs ફોટોડિટેક્ટર્સની બનાવટ પ્રક્રિયા અને કિંમતમાં નોંધપાત્ર તફાવત છે, અને ઉપકરણ પ્રદર્શનમાં પણ મોટા તફાવત છે.

InGaAs ધાતુ-અર્ધવાહક-ધાતુફોટોડિટેક્ટરઆકૃતિ (a) માં દર્શાવેલ, સ્કોટ્કી જંકશન પર આધારિત એક ખાસ રચના છે. 1992 માં, શી અને અન્ય લોકોએ એપિટાક્સી સ્તરોને ઉગાડવા માટે લો પ્રેશર મેટલ-ઓર્ગેનિક વેપર ફેઝ એપિટાક્સી ટેકનોલોજી (LP-MOVPE) નો ઉપયોગ કર્યો અને InGaAs MSM ફોટોડિટેક્ટર તૈયાર કર્યું, જેની 1.3 μm ની તરંગલંબાઇ પર 0.42 A/W ની ઉચ્ચ પ્રતિભાવશીલતા અને 1.5 V પર 5.6 pA/ μm² કરતા ઓછો ઘેરો પ્રવાહ હતો. 1996 માં, ઝાંગ અને અન્યોએ InAlAs-InGaAs-InP એપિટાક્સી સ્તરને ઉગાડવા માટે ગેસ ફેઝ મોલેક્યુલર બીમ એપિટાક્સી (GSMBE) નો ઉપયોગ કર્યો. InAlAs સ્તરે ઉચ્ચ પ્રતિકારકતા લાક્ષણિકતાઓ દર્શાવી, અને વૃદ્ધિની સ્થિતિઓને એક્સ-રે વિવર્તન માપન દ્વારા ઑપ્ટિમાઇઝ કરવામાં આવી, જેથી InGaAs અને InAlAs સ્તરો વચ્ચે જાળીનો મેળ ખાતો ન હોય તે 1×10⁻³ ની રેન્જમાં હતો. આના પરિણામે 10 V પર 0.75 pA/μm² થી નીચે ડાર્ક કરંટ અને 5 V પર 16 ps સુધી ઝડપી ક્ષણિક પ્રતિભાવ સાથે ઉપકરણનું ઑપ્ટિમાઇઝ્ડ પ્રદર્શન મળે છે. એકંદરે, MSM સ્ટ્રક્ચર ફોટોડિટેક્ટર સરળ અને સંકલિત કરવા માટે સરળ છે, જે ઓછો ડાર્ક કરંટ (pA ક્રમ) દર્શાવે છે, પરંતુ મેટલ ઇલેક્ટ્રોડ ઉપકરણના અસરકારક પ્રકાશ શોષણ ક્ષેત્રને ઘટાડશે, તેથી પ્રતિભાવ અન્ય રચનાઓ કરતા ઓછો છે.

InGaAs PIN ફોટોડિટેક્ટર, આકૃતિ (b) માં બતાવ્યા પ્રમાણે, P-પ્રકારના સંપર્ક સ્તર અને N-પ્રકારના સંપર્ક સ્તર વચ્ચે એક આંતરિક સ્તર દાખલ કરે છે, જે અવક્ષય ક્ષેત્રની પહોળાઈમાં વધારો કરે છે, આમ વધુ ઇલેક્ટ્રોન-છિદ્ર જોડીઓનું વિકિરણ કરે છે અને મોટા ફોટોકરન્ટ બનાવે છે, તેથી તેમાં ઉત્તમ ઇલેક્ટ્રોન વહન પ્રદર્શન છે. 2007 માં, A.Poloczek et al. એ સપાટીની ખરબચડી સુધારવા અને Si અને InP વચ્ચેના જાળીના મેળ ખાતાને દૂર કરવા માટે નીચા-તાપમાનના બફર સ્તરને વિકસાવવા માટે MBE નો ઉપયોગ કર્યો. MOCVD નો ઉપયોગ InP સબસ્ટ્રેટ પર InGaAs PIN માળખાને એકીકૃત કરવા માટે કરવામાં આવ્યો હતો, અને ઉપકરણની પ્રતિભાવશીલતા લગભગ 0.57A/W હતી. 2011 માં, આર્મી રિસર્ચ લેબોરેટરી (ALR) એ નાના માનવરહિત ગ્રાઉન્ડ વાહનો માટે નેવિગેશન, અવરોધ/અથડામણ ટાળવા અને ટૂંકા-અંતરના લક્ષ્ય શોધ/ઓળખ માટે liDAR ઇમેજરનો અભ્યાસ કરવા માટે PIN ફોટોડિટેક્ટરનો ઉપયોગ કર્યો, જે ઓછી કિંમતના માઇક્રોવેવ એમ્પ્લીફાયર ચિપ સાથે સંકલિત છે જેણે InGaAs PIN ફોટોડિટેક્ટરના સિગ્નલ-ટુ-નોઇઝ રેશિયોમાં નોંધપાત્ર સુધારો કર્યો છે. આ આધારે, 2012 માં, ALR એ રોબોટ્સ માટે આ liDAR ઇમેજરનો ઉપયોગ કર્યો, જેની શોધ શ્રેણી 50 મીટરથી વધુ અને 256 × 128 ના રિઝોલ્યુશન સાથે હતી.

ધ ઇનજીએએ (InGaAs)હિમપ્રપાત ફોટોડિટેક્ટરગેઇન ધરાવતો એક પ્રકારનો ફોટોડિટેક્ટર છે, જેની રચના આકૃતિ (c) માં બતાવવામાં આવી છે. ઇલેક્ટ્રોન-હોલ જોડી ડબલિંગ ક્ષેત્રની અંદર ઇલેક્ટ્રિક ફિલ્ડની ક્રિયા હેઠળ પૂરતી ઊર્જા મેળવે છે, જેથી અણુ સાથે અથડાઈ શકે, નવા ઇલેક્ટ્રોન-હોલ જોડીઓ ઉત્પન્ન કરી શકાય, હિમપ્રપાત અસર બને અને સામગ્રીમાં અસંતુલન વાહકોનો ગુણાકાર કરી શકાય. 2013 માં, જ્યોર્જ એમ એ MBE નો ઉપયોગ InP સબસ્ટ્રેટ પર જાળી સાથે મેળ ખાતા InGaAs અને InAlAs એલોયને ઉગાડવા માટે કર્યો, જેમાં એલોય રચનામાં ફેરફાર, એપિટેક્સિયલ સ્તરની જાડાઈ અને મોડ્યુલેટેડ કેરિયર ઊર્જામાં ડોપિંગનો ઉપયોગ કરીને ઇલેક્ટ્રોશોક આયનીકરણને મહત્તમ બનાવ્યું અને છિદ્ર આયનીકરણને ઓછું કર્યું. સમકક્ષ આઉટપુટ સિગ્નલ ગેઇન પર, APD ઓછો અવાજ અને ઓછો ઘેરો પ્રવાહ દર્શાવે છે. 2016 માં, સન જિયાનફેંગ અને અન્યોએ InGaAs હિમપ્રપાત ફોટોડિટેક્ટર પર આધારિત 1570 nm લેસર સક્રિય ઇમેજિંગ પ્રાયોગિક પ્લેટફોર્મનો સમૂહ બનાવ્યો. આંતરિક સર્કિટAPD ફોટોડિટેક્ટરપ્રાપ્ત થયેલા પડઘા અને સીધા ડિજિટલ સિગ્નલો, જેનાથી સમગ્ર ઉપકરણ કોમ્પેક્ટ બને છે. પ્રાયોગિક પરિણામો આકૃતિ (d) અને (e) માં દર્શાવવામાં આવ્યા છે. આકૃતિ (d) એ ઇમેજિંગ લક્ષ્યનો ભૌતિક ફોટો છે, અને આકૃતિ (e) એ ત્રિ-પરિમાણીય અંતરની છબી છે. તે સ્પષ્ટપણે જોઈ શકાય છે કે ક્ષેત્ર c ના વિન્ડો ક્ષેત્રમાં ક્ષેત્ર A અને b સાથે ચોક્કસ ઊંડાઈ અંતર છે. પ્લેટફોર્મ પલ્સ પહોળાઈ 10 ns કરતા ઓછી, સિંગલ પલ્સ ઉર્જા (1 ~ 3) mJ એડજસ્ટેબલ, લેન્સ ફીલ્ડ એન્ગલ 2°, પુનરાવર્તન આવર્તન 1 kHz, ડિટેક્ટર ડ્યુટી રેશિયો લગભગ 60% અનુભવે છે. APD ના આંતરિક ફોટોકરન્ટ ગેઇન, ઝડપી પ્રતિભાવ, કોમ્પેક્ટ કદ, ટકાઉપણું અને ઓછી કિંમતને કારણે, APD ફોટોડિટેક્ટર્સ PIN ફોટોડિટેક્ટર્સ કરતાં શોધ દરમાં ઘણા વધારે હોઈ શકે છે, તેથી વર્તમાન મુખ્ય પ્રવાહના liDAR મુખ્યત્વે હિમપ્રપાત ફોટોડિટેક્ટર્સ દ્વારા પ્રભુત્વ ધરાવે છે.

એકંદરે, દેશ અને વિદેશમાં InGaAs તૈયારી ટેકનોલોજીના ઝડપી વિકાસ સાથે, આપણે InP સબસ્ટ્રેટ પર મોટા-ક્ષેત્રના ઉચ્ચ-ગુણવત્તાવાળા InGaAs એપિટેક્સિયલ સ્તરને તૈયાર કરવા માટે MBE, MOCVD, LPE અને અન્ય તકનીકોનો કુશળતાપૂર્વક ઉપયોગ કરી શકીએ છીએ. InGaAs ફોટોડિટેક્ટર્સ ઓછા શ્યામ પ્રવાહ અને ઉચ્ચ પ્રતિભાવશીલતા દર્શાવે છે, સૌથી ઓછો શ્યામ પ્રવાહ 0.75 pA/μm² કરતા ઓછો છે, મહત્તમ પ્રતિભાવશીલતા 0.57 A/W સુધી છે, અને ઝડપી ક્ષણિક પ્રતિભાવ (ps ઓર્ડર) ધરાવે છે. InGaAs ફોટોડિટેક્ટર્સનો ભાવિ વિકાસ નીચેના બે પાસાઓ પર ધ્યાન કેન્દ્રિત કરશે: (1) InGaAs એપિટેક્સિયલ 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 જાળીના અસંગતતા અને થર્મલ વિસ્તરણ ગુણાંક તફાવત જેવી સમસ્યાઓનું નિરાકરણ મહત્વપૂર્ણ છે; (2) 1550 nm તરંગલંબાઇ ટેકનોલોજી પરિપક્વ થઈ ગઈ છે, અને વિસ્તૃત તરંગલંબાઇ (2.0 ~ 2.5) μm એ ભવિષ્યની સંશોધન દિશા છે. In ઘટકોના વધારા સાથે, InP સબસ્ટ્રેટ અને InGaAs એપિટેક્સિયલ સ્તર વચ્ચે જાળીનો મેળ ખાતો નથી તે વધુ ગંભીર અવ્યવસ્થા અને ખામીઓ તરફ દોરી જશે, તેથી ઉપકરણ પ્રક્રિયા પરિમાણોને ઑપ્ટિમાઇઝ કરવા, જાળીના ખામીઓને ઘટાડવા અને ઉપકરણના ડાર્ક કરંટને ઘટાડવા જરૂરી છે.