InGaAs ફોટોડિટેક્ટરનું માળખું

ની રચનાInGaAs ફોટોડિટેક્ટર
૧૯૮૦ ના દાયકાથી, સંશોધકો InGaAs ફોટોડિટેક્ટર્સની રચનાનો અભ્યાસ કરી રહ્યા છે, જેને ત્રણ મુખ્ય પ્રકારોમાં સારાંશ આપી શકાય છે: InGaAs ધાતુ સેમિકન્ડક્ટર ધાતુફોટોડિટેક્ટર(MSM-PD), InGaAsપિન ફોટોડિટેક્ટર્સ(PIN-PD), અને InGaAsહિમપ્રપાત ફોટોડિટેક્ટર(APD-PD). વિવિધ માળખાવાળા InGaAs ફોટોડિટેક્ટર્સની ઉત્પાદન પ્રક્રિયા અને કિંમતમાં નોંધપાત્ર તફાવત છે, અને ઉપકરણ પ્રદર્શનમાં પણ નોંધપાત્ર તફાવત છે.
InGaAs મેટલ સેમિકન્ડક્ટર મેટલ ફોટોડિટેક્ટર સ્ટ્રક્ચરનો સ્કીમેટિક ડાયાગ્રામ આકૃતિમાં બતાવવામાં આવ્યો છે, જે સ્કોટ્કી જંકશન પર આધારિત એક ખાસ સ્ટ્રક્ચર છે. 1992 માં, શી અને અન્ય લોકોએ એપિટેક્સિયલ લેયર્સને ઉગાડવા અને InGaAs MSM ફોટોડિટેક્ટર્સ તૈયાર કરવા માટે લો-પ્રેશર મેટલ ઓર્ગેનિક વેપર ફેઝ એપિટાક્સી (LP-MOVPE) ટેકનોલોજીનો ઉપયોગ કર્યો. આ ડિવાઇસમાં 1.3 μ m ની તરંગલંબાઇ પર 0.42 A/W ની ઉચ્ચ પ્રતિભાવશીલતા અને 1.5 V પર 5.6 pA/μ m ² કરતા ઓછા ડાર્ક કરંટ છે. 1996 માં, સંશોધકોએ InAlAs InGaAs InP એપિટાક્સીયલ લેયર્સને ઉગાડવા માટે ગેસ-ફેઝ મોલેક્યુલર બીમ એપિટાક્સી (GSMBE) નો ઉપયોગ કર્યો, જે ઉચ્ચ પ્રતિકારકતા લાક્ષણિકતાઓ દર્શાવે છે. એક્સ-રે વિવર્તન માપન દ્વારા વૃદ્ધિની સ્થિતિઓને ઑપ્ટિમાઇઝ કરવામાં આવી હતી, જેના પરિણામે InGaAs અને InAlAs લેયર વચ્ચે 1 × 10 ⁻ ³ ની રેન્જમાં જાળીનો મેળ ખાતો ન હતો. પરિણામે, ઉપકરણનું પ્રદર્શન ઑપ્ટિમાઇઝ કરવામાં આવ્યું, જેમાં 10 V પર 0.75 pA/μm ² કરતા ઓછો ડાર્ક કરંટ અને 5 V પર 16 ps નો ઝડપી ક્ષણિક પ્રતિભાવ હતો. એકંદરે, MSM સ્ટ્રક્ચર ફોટોડિટેક્ટરમાં એક સરળ અને સંકલિત કરવામાં સરળ માળખું છે, જે નીચા ડાર્ક કરંટ (pA સ્તર) દર્શાવે છે, પરંતુ મેટલ ઇલેક્ટ્રોડ ઉપકરણના અસરકારક પ્રકાશ શોષણ ક્ષેત્રને ઘટાડે છે, જેના પરિણામે અન્ય માળખાઓની તુલનામાં ઓછી પ્રતિભાવશીલતા જોવા મળે છે.

InGaAs PIN ફોટોડિટેક્ટરમાં P-ટાઈપ કોન્ટેક્ટ લેયર અને N-ટાઈપ કોન્ટેક્ટ લેયર વચ્ચે એક આંતરિક સ્તર દાખલ કરવામાં આવે છે, જે ડિપ્લેશન રિજનની પહોળાઈ વધારે છે, જેનાથી વધુ ઇલેક્ટ્રોન હોલ જોડીઓ બહાર નીકળે છે અને મોટા ફોટોકરન્ટ બનાવે છે, આમ ઉત્તમ ઇલેક્ટ્રોનિક વાહકતા દર્શાવે છે. 2007 માં, સંશોધકોએ MBE નો ઉપયોગ નીચા-તાપમાનના બફર લેયરને વિકસાવવા માટે કર્યો, સપાટીની ખરબચડીમાં સુધારો કર્યો અને Si અને InP વચ્ચે જાળીના મેળ ખાતી નથી તેને દૂર કરી. તેઓએ MOCVD નો ઉપયોગ કરીને InP સબસ્ટ્રેટ પર InGaAs PIN સ્ટ્રક્ચર્સને એકીકૃત કર્યા, અને ઉપકરણની જવાબદારી લગભગ 0.57 A/W હતી. 2011 માં, સંશોધકોએ PIN ફોટોડિટેક્ટરનો ઉપયોગ નેવિગેશન, અવરોધ/અથડામણ ટાળવા અને નાના માનવરહિત ગ્રાઉન્ડ વાહનોની લક્ષ્ય શોધ/ઓળખ માટે ટૂંકા-અંતરના LiDAR ઇમેજિંગ ડિવાઇસ વિકસાવવા માટે કર્યો. ઉપકરણને ઓછી કિંમતના માઇક્રોવેવ એમ્પ્લીફાયર ચિપ સાથે સંકલિત કરવામાં આવ્યું હતું, જે InGaAs PIN ફોટોડિટેક્ટર્સના સિગ્નલ-ટુ-નોઇઝ રેશિયોમાં નોંધપાત્ર સુધારો કરે છે. આ આધારે, 2012 માં, સંશોધકોએ આ LiDAR ઇમેજિંગ ડિવાઇસને રોબોટ્સ પર લાગુ કર્યું, જેની શોધ શ્રેણી 50 મીટરથી વધુ હતી અને રિઝોલ્યુશન 256 × 128 સુધી વધી ગયું.
InGaAs હિમસ્ખલન ફોટોડિટેક્ટર એ એક પ્રકારનો ફોટોડિટેક્ટર છે જેમાં ગેઇન હોય છે, જેમ કે સ્ટ્રક્ચર ડાયાગ્રામમાં બતાવ્યા પ્રમાણે. ઇલેક્ટ્રોન હોલ જોડીઓ ડબલિંગ રિજનની અંદર ઇલેક્ટ્રિક ફિલ્ડની ક્રિયા હેઠળ પૂરતી ઉર્જા મેળવે છે, અને પરમાણુઓ સાથે અથડાઈને નવા ઇલેક્ટ્રોન હોલ જોડીઓ ઉત્પન્ન કરે છે, હિમસ્ખલન અસર બનાવે છે અને સામગ્રીમાં બિન-સંતુલન ચાર્જ કેરિયર્સને બમણી કરે છે. 2013 માં, સંશોધકોએ InP સબસ્ટ્રેટ્સ પર જાળી સાથે મેળ ખાતા InGaAs અને InAlAs એલોયને ઉગાડવા માટે MBE નો ઉપયોગ કર્યો, એલોય રચના, એપિટેક્સિયલ સ્તરની જાડાઈ અને ડોપિંગમાં ફેરફાર દ્વારા વાહક ઊર્જાને મોડ્યુલેટ કરી, છિદ્ર આયનીકરણને ઘટાડીને ઇલેક્ટ્રોશોક આયનીકરણને મહત્તમ બનાવ્યું. સમકક્ષ આઉટપુટ સિગ્નલ ગેઇન હેઠળ, APD ઓછો અવાજ અને ઓછો ઘેરો પ્રવાહ દર્શાવે છે. 2016 માં, સંશોધકોએ InGaAs હિમસ્ખલન ફોટોડિટેક્ટર્સ પર આધારિત 1570 nm લેસર સક્રિય ઇમેજિંગ પ્રાયોગિક પ્લેટફોર્મ બનાવ્યું. આંતરિક સર્કિટAPD ફોટોડિટેક્ટરપ્રાપ્ત થયેલા પડઘા અને સીધા ડિજિટલ સિગ્નલો, જેનાથી સમગ્ર ઉપકરણ કોમ્પેક્ટ બને છે. પ્રાયોગિક પરિણામો આકૃતિઓ (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 ઝોન C માં વિન્ડો એરિયા ઝોન A અને B થી ચોક્કસ ઊંડાઈનું અંતર ધરાવે છે. આ પ્લેટફોર્મ 10 ns કરતા ઓછી પલ્સ પહોળાઈ, એડજસ્ટેબલ સિંગલ પલ્સ એનર્જી (1-3) mJ, ટ્રાન્સમિટિંગ અને રિસીવિંગ લેન્સ માટે 2 ° નો ફીલ્ડ ઓફ વ્યૂ એંગલ, 1 kHz નો રિપીટિશન રેટ અને લગભગ 60% ડિટેક્ટર ડ્યુટી સાયકલ પ્રાપ્ત કરે છે. આંતરિક ફોટોકરન્ટ ગેઇન, ઝડપી પ્રતિભાવ, કોમ્પેક્ટ કદ, ટકાઉપણું અને APD ની ઓછી કિંમતને કારણે, APD ફોટોડિટેક્ટર્સ PIN ફોટોડિટેક્ટર્સ કરતા એક ક્રમ વધુ તીવ્રતાનો શોધ દર પ્રાપ્ત કરી શકે છે. તેથી, હાલમાં મુખ્ય પ્રવાહના લેસર રડાર મુખ્યત્વે હિમપ્રપાત ફોટોડિટેક્ટર્સનો ઉપયોગ કરે છે.