InGaAs ප්‍රභා අනාවරකයේ ව්‍යුහය

ව්‍යුහයInGaAs ඡායා අනාවරකය

1980 ගණන්වල සිට, දේශීය හා විදේශීය පර්යේෂකයන් InGaAs ෆොටෝඩෙටෙක්ටර් වල ව්‍යුහය අධ්‍යයනය කර ඇති අතර, ඒවා ප්‍රධාන වශයෙන් වර්ග තුනකට බෙදා ඇත. ඒවා InGaAs ලෝහ-අර්ධ සන්නායක-ලෝහ ෆොටෝඩෙටෙක්ටර් (MSM-PD), InGaAs PIN ෆොටෝඩෙටෙක්ටර් (PIN-PD) සහ InGaAs Avalanche ෆොටෝඩෙටෙක්ටර් (APD-PD) වේ. විවිධ ව්‍යුහයන් සහිත InGaAs ෆොටෝඩෙටෙක්ටර් වල නිෂ්පාදන ක්‍රියාවලියේ සහ පිරිවැයේ සැලකිය යුතු වෙනස්කම් ඇති අතර, උපාංග ක්‍රියාකාරිත්වයේ ද විශාල වෙනස්කම් ඇත.

InGaAs ලෝහ-අර්ධ සන්නායක-ලෝහයප්‍රකාශ අනාවරකයරූපය (a) හි දැක්වෙන පරිදි, ෂොට්කි හන්දිය මත පදනම් වූ විශේෂ ව්‍යුහයකි. 1992 දී, ෂි සහ තවත් අය එපිටැක්සි ස්ථර වර්ධනය කිරීම සඳහා අඩු පීඩන ලෝහ-කාබනික වාෂ්ප අවධි එපිටැක්සි තාක්ෂණය (LP-MOVPE) භාවිතා කළ අතර 1.3 μm තරංග ආයාමයකින් 0.42 A/W ඉහළ ප්‍රතිචාරයක් සහ 1.5 V හිදී 5.6 pA/ μm² ට අඩු අඳුරු ධාරාවක් ඇති InGaAs MSM ෆොටෝඩෙක්ටරය සකස් කළහ. 1996 දී, ෂැං සහ තවත් අය InAlAs-InGaAs-InP එපිටැක්සි ස්ථරය වර්ධනය කිරීම සඳහා වායු අවධි අණුක කදම්භ එපිටැක්සි (GSMBE) භාවිතා කළහ. InAlAs ස්ථරය ඉහළ ප්‍රතිරෝධක ලක්ෂණ පෙන්නුම් කළ අතර, X-කිරණ විවර්තන මිනුම් මගින් වර්ධන තත්වයන් ප්‍රශස්ත කරන ලදී, එවිට InGaAs සහ InAlAs ස්ථර අතර දැලිස් නොගැලපීම 1×10⁻³ පරාසය තුළ විය. මෙය 10 V හිදී 0.75 pA/μm² ට අඩු අඳුරු ධාරාවක් සහ 5 V හිදී 16 ps දක්වා වේගවත් අස්ථිර ප්‍රතිචාරයක් සහිත ප්‍රශස්ත උපාංග ක්‍රියාකාරිත්වයට හේතු වේ. සමස්තයක් වශයෙන්, MSM ව්‍යුහ ප්‍රකාශ අනාවරකය සරල සහ ඒකාබද්ධ කිරීමට පහසු වන අතර අඩු අඳුරු ධාරාවක් (pA අනුපිළිවෙල) පෙන්වයි, නමුත් ලෝහ ඉලෙක්ට්‍රෝඩය උපාංගයේ ඵලදායී ආලෝක අවශෝෂණ ප්‍රදේශය අඩු කරයි, එබැවින් ප්‍රතිචාරය අනෙකුත් ව්‍යුහයන්ට වඩා අඩුය.

රූපය (b) හි පෙන්වා ඇති පරිදි, InGaAs PIN ෆොටෝඩෙටෙක් P-වර්ගයේ ස්පර්ශක ස්ථරය සහ N-වර්ගයේ ස්පර්ශක ස්ථරය අතර අභ්‍යන්තර ස්ථරයක් ඇතුළු කරයි, එය ක්ෂය වීමේ කලාපයේ පළල වැඩි කරයි, එමඟින් වැඩි ඉලෙක්ට්‍රෝන-කුහර යුගල විකිරණය කර විශාල ප්‍රකාශ ධාරාවක් සාදයි, එබැවින් එයට විශිෂ්ට ඉලෙක්ට්‍රෝන සන්නායකතා කාර්ය සාධනයක් ඇත. 2007 දී, A.Poloczek සහ වෙනත් අය මතුපිට රළුබව වැඩි දියුණු කිරීමට සහ Si සහ InP අතර දැලිස් නොගැලපීම ජය ගැනීමට අඩු උෂ්ණත්ව බෆර් තට්ටුවක් වර්ධනය කිරීමට MBE භාවිතා කළහ. InP උපස්ථරය මත InGaAs PIN ව්‍යුහය ඒකාබද්ධ කිරීමට MOCVD භාවිතා කරන ලද අතර, උපාංගයේ ප්‍රතිචාරාත්මක බව 0.57A /W පමණ විය. 2011 දී, හමුදා පර්යේෂණ රසායනාගාරය (ALR) කුඩා මිනිසුන් රහිත භූමි වාහන සඳහා සංචාලනය, බාධක/ගැටුම් වැළැක්වීම සහ කෙටි දුර ඉලක්ක හඳුනාගැනීම/හඳුනාගැනීම සඳහා liDAR ප්‍රතිබිම්භකයක් අධ්‍යයනය කිරීමට PIN ෆොටෝඩෙටෙක්ටර් භාවිතා කළ අතර, එය InGaAs PIN ෆොටෝඩෙටෙක්ටරයේ සංඥා-ශබ්ද අනුපාතය සැලකිය යුතු ලෙස වැඩිදියුණු කළ අඩු වියදම් මයික්‍රෝවේව් ඇම්ප්ලිෆයර් චිපයක් සමඟ ඒකාබද්ධ විය. මෙම පදනම මත, 2012 දී, ALR විසින් මෙම liDAR ප්‍රතිබිම්භකය රොබෝවරුන් සඳහා භාවිතා කරන ලද අතර, එහි හඳුනාගැනීමේ පරාසය මීටර් 50 ට වැඩි සහ විභේදනය 256 × 128 කි.

ඉන්ගාඒඑස්හිම කුණාටු ප්‍රභා අනාවරකයලාභය සහිත ෆොටෝඩෙටෙක්ටර් වර්ගයක් වන අතර, එහි ව්‍යුහය රූපය (c) හි දක්වා ඇත. ඉලෙක්ට්‍රෝන-කුහර යුගලය ද්විත්ව කිරීමේ කලාපය තුළ විද්‍යුත් ක්ෂේත්‍රයේ ක්‍රියාකාරිත්වය යටතේ ප්‍රමාණවත් ශක්තියක් ලබා ගනී, එමඟින් පරමාණුව සමඟ ගැටීමට, නව ඉලෙක්ට්‍රෝන-කුහර යුගල ජනනය කිරීමට, හිම කුණාටු ආචරණයක් ඇති කිරීමට සහ ද්‍රව්‍යයේ සමතුලිත නොවන වාහක ගුණ කිරීමට හැකි වේ. 2013 දී, ජෝර්ජ් එම් MBE භාවිතා කළේ InP උපස්ථරයක් මත දැලිස් ගැලපෙන InGaAs සහ InAlAs මිශ්‍ර ලෝහ වර්ධනය කිරීමටයි, මිශ්‍ර ලෝහ සංයුතියේ වෙනස්කම්, එපිටැක්සියල් ස්ථර ඝණකම සහ මොඩියුලේටඩ් වාහක ශක්තියට මාත්‍රණය කිරීම භාවිතා කරමින් විද්‍යුත් කම්පන අයනීකරණය උපරිම කිරීමට සහ සිදුරු අයනීකරණය අවම කිරීමට ය. සමාන ප්‍රතිදාන සංඥා ලාභයේදී, APD අඩු ශබ්දයක් සහ අඩු අඳුරු ධාරාවක් පෙන්වයි. 2016 දී, සන් ජියැන්ෆෙන්ග් සහ වෙනත් අය InGaAs හිම කුණාටු ෆොටෝඩෙටෙක්ටරය මත පදනම්ව 1570 nm ලේසර් ක්‍රියාකාරී රූපකරණ පර්යේෂණාත්මක වේදිකාවක කට්ටලයක් ගොඩනඟා ඇත. අභ්‍යන්තර පරිපථයAPD ෆොටෝඩෙටෙක්ටරයලැබුණු දෝංකාරයන් සහ ඩිජිටල් සංඥා සෘජුවම ප්‍රතිදානය කිරීම, මුළු උපාංගයම සංයුක්ත කරයි. අත්හදා බැලීමේ ප්‍රතිඵල රූපය (d) සහ (e) හි දක්වා ඇත. රූපය (d) යනු රූපකරණ ඉලක්කයේ භෞතික ඡායාරූපයක් වන අතර රූපය (e) යනු ත්‍රිමාණ දුර රූපයකි. c ප්‍රදේශයේ කවුළු ප්‍රදේශය A සහ ​​b ප්‍රදේශය සමඟ යම් ගැඹුරක දුරක් ඇති බව පැහැදිලිව දැකගත හැකිය. වේදිකාව ස්පන්දන පළල 10 ns ට අඩු, තනි ස්පන්දන ශක්තිය (1 ~ 3) mJ වෙනස් කළ හැකි, ලැබෙන කාච ක්ෂේත්‍රය 2° කෝණය, 1 kHz පුනරාවර්තන සංඛ්‍යාතය, අනාවරක රාජකාරි අනුපාතය 60% ක් පමණ අවබෝධ කර ගනී. APD හි අභ්‍යන්තර ප්‍රකාශ ධාරා ලාභය, වේගවත් ප්‍රතිචාරය, සංයුක්ත ප්‍රමාණය, කල්පැවැත්ම සහ අඩු පිරිවැයට ස්තූතිවන්ත වන අතර, APD ප්‍රකාශ අනාවරක PIN ප්‍රකාශ අනාවරකවලට වඩා හඳුනාගැනීමේ අනුපාතයේ විශාලත්වයේ අනුපිළිවෙලක් විය හැකිය, එබැවින් වත්මන් ප්‍රධාන ධාරාවේ liDAR ප්‍රධාන වශයෙන් හිම කුණාටු ප්‍රකාශ අනාවරක මගින් ආධිපත්‍යය දරයි.

සමස්තයක් වශයෙන්, දේශීය හා විදේශීය වශයෙන් InGaAs සකස් කිරීමේ තාක්ෂණයේ වේගවත් සංවර්ධනයත් සමඟ, අපට දක්ෂ ලෙස MBE, MOCVD, LPE සහ අනෙකුත් තාක්ෂණයන් භාවිතා කර InP උපස්ථරය මත විශාල ප්‍රදේශයක උසස් තත්ත්වයේ InGaAs එපිටැක්සියල් ස්ථරය සකස් කළ හැකිය. InGaAs ප්‍රභා අනාවරක අඩු අඳුරු ධාරාවක් සහ ඉහළ ප්‍රතිචාරාත්මක බවක් පෙන්නුම් කරයි, අවම අඳුරු ධාරාව 0.75 pA/μm² ට වඩා අඩුය, උපරිම ප්‍රතිචාරාත්මක බව 0.57 A/W දක්වා වන අතර වේගවත් අස්ථිර ප්‍රතිචාරයක් ඇත (ps අනුපිළිවෙල). InGaAs ප්‍රභා අනාවරකවල අනාගත සංවර්ධනය පහත අංශ දෙක කෙරෙහි අවධානය යොමු කරනු ඇත: (1) InGaAs එපිටැක්සියල් ස්ථරය සෘජුවම Si උපස්ථරය මත වගා කෙරේ. වර්තමානයේ, වෙළඳපොලේ ඇති ක්ෂුද්‍ර ඉලෙක්ට්‍රොනික උපාංග බොහොමයක් Si මත පදනම් වන අතර, පසුව InGaAs සහ Si මත පදනම් වූ ඒකාබද්ධ සංවර්ධනය සාමාන්‍ය ප්‍රවණතාවයයි. දැලිස් නොගැලපීම සහ තාප ප්‍රසාරණ සංගුණක වෙනස වැනි ගැටළු විසඳීම InGaAs/Si අධ්‍යයනය සඳහා ඉතා වැදගත් වේ; (2) 1550 nm තරංග ආයාම තාක්‍ෂණය පරිණත වී ඇති අතර, විස්තීරණ තරංග ආයාමය (2.0 ~ 2.5) μm අනාගත පර්යේෂණ දිශාවයි. In සංරචක වැඩි වීමත් සමඟ, InP උපස්ථරය සහ InGaAs එපිටැක්සියල් ස්ථරය අතර දැලිස් නොගැලපීම වඩාත් බරපතල විස්ථාපනයකට සහ දෝෂවලට තුඩු දෙනු ඇත, එබැවින් උපාංග ක්‍රියාවලි පරාමිතීන් ප්‍රශස්ත කිරීම, දැලිස් දෝෂ අඩු කිරීම සහ උපාංගයේ අඳුරු ධාරාව අඩු කිරීම අවශ්‍ය වේ.