InGaAs ಫೋಟೊಡೆಕ್ಟರ್‌ನ ರಚನೆ

ರಚನೆInGaAs ಫೋಟೋಡೆಕ್ಟರ್
೧೯೮೦ ರ ದಶಕದಿಂದಲೂ, ಸಂಶೋಧಕರು InGaAs ಫೋಟೊಡೆಕ್ಟರ್‌ಗಳ ರಚನೆಯನ್ನು ಅಧ್ಯಯನ ಮಾಡುತ್ತಿದ್ದಾರೆ, ಇದನ್ನು ಮೂರು ಮುಖ್ಯ ವಿಧಗಳಾಗಿ ಸಂಕ್ಷೇಪಿಸಬಹುದು: InGaAs ಲೋಹ ಅರೆವಾಹಕ ಲೋಹಫೋಟೋ ಡಿಟೆಕ್ಟರ್‌ಗಳು(MSM-PD), ಇನ್‌ಗಾಆಸ್‌ಗಳುಪಿನ್ ಫೋಟೋ ಡಿಟೆಕ್ಟರ್‌ಗಳು(PIN-PD), ಮತ್ತು InGaAsಹಿಮಪಾತದ ಫೋಟೋ ಡಿಟೆಕ್ಟರ್‌ಗಳು(APD-PD). ವಿಭಿನ್ನ ರಚನೆಗಳನ್ನು ಹೊಂದಿರುವ InGaAs ಫೋಟೊಡೆಕ್ಟರ್‌ಗಳ ಉತ್ಪಾದನಾ ಪ್ರಕ್ರಿಯೆ ಮತ್ತು ವೆಚ್ಚದಲ್ಲಿ ಗಮನಾರ್ಹ ವ್ಯತ್ಯಾಸಗಳಿವೆ ಮತ್ತು ಸಾಧನದ ಕಾರ್ಯಕ್ಷಮತೆಯಲ್ಲೂ ಗಮನಾರ್ಹ ವ್ಯತ್ಯಾಸಗಳಿವೆ.
ಚಿತ್ರದಲ್ಲಿ InGaAs ಲೋಹದ ಅರೆವಾಹಕ ಲೋಹದ ಫೋಟೊಡೆಕ್ಟರ್ ರಚನೆಯ ಸ್ಕೀಮ್ಯಾಟಿಕ್ ರೇಖಾಚಿತ್ರವನ್ನು ತೋರಿಸಲಾಗಿದೆ, ಇದು ಶಾಟ್ಕಿ ಜಂಕ್ಷನ್ ಅನ್ನು ಆಧರಿಸಿದ ವಿಶೇಷ ರಚನೆಯಾಗಿದೆ. 1992 ರಲ್ಲಿ, ಶಿ ಮತ್ತು ಇತರರು ಎಪಿಟಾಕ್ಸಿಯಲ್ ಪದರಗಳನ್ನು ಬೆಳೆಸಲು ಮತ್ತು InGaAs MSM ಫೋಟೊಡೆಕ್ಟರ್‌ಗಳನ್ನು ತಯಾರಿಸಲು ಕಡಿಮೆ-ಒತ್ತಡದ ಲೋಹದ ಸಾವಯವ ಆವಿ ಹಂತದ ಎಪಿಟಾಕ್ಸಿ (LP-MOVPE) ತಂತ್ರಜ್ಞಾನವನ್ನು ಬಳಸಿದರು. ಈ ಸಾಧನವು 1.3 μm ತರಂಗಾಂತರದಲ್ಲಿ 0.42 A/W ನ ಹೆಚ್ಚಿನ ಪ್ರತಿಕ್ರಿಯೆಯನ್ನು ಮತ್ತು 1.5 V ನಲ್ಲಿ 5.6 pA/μm ² ಗಿಂತ ಕಡಿಮೆ ಡಾರ್ಕ್ ಕರೆಂಟ್ ಅನ್ನು ಹೊಂದಿದೆ. 1996 ರಲ್ಲಿ, ಸಂಶೋಧಕರು InAlAs InGaAs InP ಎಪಿಟಾಕ್ಸಿಯಲ್ ಪದರಗಳನ್ನು ಬೆಳೆಯಲು ಅನಿಲ-ಹಂತದ ಆಣ್ವಿಕ ಕಿರಣದ ಎಪಿಟಾಕ್ಸಿ (GSMBE) ಅನ್ನು ಬಳಸಿದರು, ಇದು ಹೆಚ್ಚಿನ ಪ್ರತಿರೋಧಕ ಗುಣಲಕ್ಷಣಗಳನ್ನು ಪ್ರದರ್ಶಿಸಿತು. ಎಕ್ಸ್-ರೇ ಡಿಫ್ರಾಕ್ಷನ್ ಮಾಪನಗಳ ಮೂಲಕ ಬೆಳವಣಿಗೆಯ ಪರಿಸ್ಥಿತಿಗಳನ್ನು ಅತ್ಯುತ್ತಮವಾಗಿಸಲಾಯಿತು, ಇದರ ಪರಿಣಾಮವಾಗಿ 1 × 10 ⁻ ³ ವ್ಯಾಪ್ತಿಯೊಳಗೆ InGaAs ಮತ್ತು InAlAs ಪದರಗಳ ನಡುವೆ ಲ್ಯಾಟಿಸ್ ಅಸಾಮರಸ್ಯವು ಉಂಟಾಯಿತು. ಪರಿಣಾಮವಾಗಿ, 10 V ನಲ್ಲಿ 0.75 pA/μm² ಗಿಂತ ಕಡಿಮೆ ಡಾರ್ಕ್ ಕರೆಂಟ್ ಮತ್ತು 5 V ನಲ್ಲಿ 16 ps ವೇಗದ ಅಸ್ಥಿರ ಪ್ರತಿಕ್ರಿಯೆಯೊಂದಿಗೆ ಸಾಧನದ ಕಾರ್ಯಕ್ಷಮತೆಯನ್ನು ಅತ್ಯುತ್ತಮವಾಗಿಸಲಾಯಿತು. ಒಟ್ಟಾರೆಯಾಗಿ, MSM ರಚನೆಯ ಫೋಟೊಡೆಕ್ಟರ್ ಸರಳ ಮತ್ತು ಸಂಯೋಜಿಸಲು ಸುಲಭವಾದ ರಚನೆಯನ್ನು ಹೊಂದಿದೆ, ಕಡಿಮೆ ಡಾರ್ಕ್ ಕರೆಂಟ್ (pA ಮಟ್ಟ) ಪ್ರದರ್ಶಿಸುತ್ತದೆ, ಆದರೆ ಲೋಹದ ಎಲೆಕ್ಟ್ರೋಡ್ ಸಾಧನದ ಪರಿಣಾಮಕಾರಿ ಬೆಳಕಿನ ಹೀರಿಕೊಳ್ಳುವ ಪ್ರದೇಶವನ್ನು ಕಡಿಮೆ ಮಾಡುತ್ತದೆ, ಇದು ಇತರ ರಚನೆಗಳಿಗೆ ಹೋಲಿಸಿದರೆ ಕಡಿಮೆ ಪ್ರತಿಕ್ರಿಯಾತ್ಮಕತೆಗೆ ಕಾರಣವಾಗುತ್ತದೆ.

ಚಿತ್ರದಲ್ಲಿ ತೋರಿಸಿರುವಂತೆ, InGaAs PIN ಫೋಟೊಡೆಕ್ಟರ್ P-ಟೈಪ್ ಕಾಂಟ್ಯಾಕ್ಟ್ ಲೇಯರ್ ಮತ್ತು N-ಟೈಪ್ ಕಾಂಟ್ಯಾಕ್ಟ್ ಲೇಯರ್ ನಡುವೆ ಸೇರಿಸಲಾದ ಆಂತರಿಕ ಪದರವನ್ನು ಹೊಂದಿದೆ, ಇದು ಸವಕಳಿ ಪ್ರದೇಶದ ಅಗಲವನ್ನು ಹೆಚ್ಚಿಸುತ್ತದೆ, ಇದರಿಂದಾಗಿ ಹೆಚ್ಚಿನ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ ಹೋಲ್ ಜೋಡಿಗಳನ್ನು ಹೊರಸೂಸುತ್ತದೆ ಮತ್ತು ದೊಡ್ಡ ಫೋಟೊಕರೆಂಟ್ ಅನ್ನು ರೂಪಿಸುತ್ತದೆ, ಹೀಗಾಗಿ ಅತ್ಯುತ್ತಮ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನಿಕ್ ವಾಹಕತೆಯನ್ನು ಪ್ರದರ್ಶಿಸುತ್ತದೆ. 2007 ರಲ್ಲಿ, ಸಂಶೋಧಕರು ಕಡಿಮೆ-ತಾಪಮಾನದ ಬಫರ್ ಪದರಗಳನ್ನು ಬೆಳೆಸಲು MBE ಅನ್ನು ಬಳಸಿದರು, ಮೇಲ್ಮೈ ಒರಟುತನವನ್ನು ಸುಧಾರಿಸಿದರು ಮತ್ತು Si ಮತ್ತು InP ನಡುವಿನ ಲ್ಯಾಟಿಸ್ ಅಸಾಮರಸ್ಯವನ್ನು ನಿವಾರಿಸಿದರು. ಅವರು MOCVD ಅನ್ನು ಬಳಸಿಕೊಂಡು InP ತಲಾಧಾರಗಳಲ್ಲಿ InGaAs PIN ರಚನೆಗಳನ್ನು ಸಂಯೋಜಿಸಿದರು ಮತ್ತು ಸಾಧನದ ಜವಾಬ್ದಾರಿಯು ಸರಿಸುಮಾರು 0.57 A/W ಆಗಿತ್ತು. 2011 ರಲ್ಲಿ, ಸಂಶೋಧಕರು PIN ಫೋಟೊಡೆಕ್ಟರ್‌ಗಳನ್ನು ನ್ಯಾವಿಗೇಷನ್, ಅಡಚಣೆ/ಘರ್ಷಣೆ ತಪ್ಪಿಸುವಿಕೆ ಮತ್ತು ಸಣ್ಣ ಮಾನವರಹಿತ ನೆಲದ ವಾಹನಗಳ ಗುರಿ ಪತ್ತೆ/ಗುರುತಿಸುವಿಕೆಗಾಗಿ ಅಲ್ಪ-ಶ್ರೇಣಿಯ LiDAR ಇಮೇಜಿಂಗ್ ಸಾಧನವನ್ನು ಅಭಿವೃದ್ಧಿಪಡಿಸಲು ಬಳಸಿದರು. ಸಾಧನವನ್ನು ಕಡಿಮೆ-ವೆಚ್ಚದ ಮೈಕ್ರೋವೇವ್ ಆಂಪ್ಲಿಫಯರ್ ಚಿಪ್‌ನೊಂದಿಗೆ ಸಂಯೋಜಿಸಲಾಯಿತು, ಇದು InGaAs PIN ಫೋಟೊಡೆಕ್ಟರ್‌ಗಳ ಸಿಗ್ನಲ್-ಟು-ಶಬ್ದ ಅನುಪಾತವನ್ನು ಗಮನಾರ್ಹವಾಗಿ ಸುಧಾರಿಸಿತು. ಇದರ ಆಧಾರದ ಮೇಲೆ, 2012 ರಲ್ಲಿ, ಸಂಶೋಧಕರು ಈ LiDAR ಇಮೇಜಿಂಗ್ ಸಾಧನವನ್ನು ರೋಬೋಟ್‌ಗಳಿಗೆ ಅನ್ವಯಿಸಿದರು, ಪತ್ತೆ ವ್ಯಾಪ್ತಿಯು 50 ಮೀಟರ್‌ಗಳಿಗಿಂತ ಹೆಚ್ಚು ಮತ್ತು ರೆಸಲ್ಯೂಶನ್ 256 × 128 ಕ್ಕೆ ಏರಿತು.
InGaAs ಅವಲಾಂಚೆ ಫೋಟೊಡೆಕ್ಟರ್ ಎನ್ನುವುದು ರಚನಾತ್ಮಕ ರೇಖಾಚಿತ್ರದಲ್ಲಿ ತೋರಿಸಿರುವಂತೆ, ಲಾಭವನ್ನು ಹೊಂದಿರುವ ಒಂದು ರೀತಿಯ ಫೋಟೊಡೆಕ್ಟರ್ ಆಗಿದೆ. ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ ರಂಧ್ರ ಜೋಡಿಗಳು ದ್ವಿಗುಣಗೊಳಿಸುವ ಪ್ರದೇಶದೊಳಗಿನ ವಿದ್ಯುತ್ ಕ್ಷೇತ್ರದ ಕ್ರಿಯೆಯ ಅಡಿಯಲ್ಲಿ ಸಾಕಷ್ಟು ಶಕ್ತಿಯನ್ನು ಪಡೆಯುತ್ತವೆ ಮತ್ತು ಹೊಸ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ ರಂಧ್ರ ಜೋಡಿಗಳನ್ನು ಉತ್ಪಾದಿಸಲು ಪರಮಾಣುಗಳೊಂದಿಗೆ ಡಿಕ್ಕಿ ಹೊಡೆಯುತ್ತವೆ, ಅವಲಾಂಚೆ ಪರಿಣಾಮವನ್ನು ರೂಪಿಸುತ್ತವೆ ಮತ್ತು ವಸ್ತುವಿನಲ್ಲಿ ಸಮತೋಲನವಲ್ಲದ ಚಾರ್ಜ್ ವಾಹಕಗಳನ್ನು ದ್ವಿಗುಣಗೊಳಿಸುತ್ತವೆ. 2013 ರಲ್ಲಿ, ಸಂಶೋಧಕರು MBE ಅನ್ನು InP ತಲಾಧಾರಗಳ ಮೇಲೆ ಲ್ಯಾಟಿಸ್ ಹೊಂದಾಣಿಕೆಯ InGaAs ಮತ್ತು InAlAs ಮಿಶ್ರಲೋಹಗಳನ್ನು ಬೆಳೆಯಲು ಬಳಸಿದರು, ಮಿಶ್ರಲೋಹ ಸಂಯೋಜನೆ, ಎಪಿಟಾಕ್ಸಿಯಲ್ ಪದರದ ದಪ್ಪ ಮತ್ತು ಡೋಪಿಂಗ್‌ನಲ್ಲಿನ ಬದಲಾವಣೆಗಳ ಮೂಲಕ ವಾಹಕ ಶಕ್ತಿಯನ್ನು ಮಾಡ್ಯುಲೇಟ್ ಮಾಡಿದರು, ರಂಧ್ರ ಅಯಾನೀಕರಣವನ್ನು ಕಡಿಮೆ ಮಾಡುವಾಗ ಎಲೆಕ್ಟ್ರೋಶಾಕ್ ಅಯಾನೀಕರಣವನ್ನು ಗರಿಷ್ಠಗೊಳಿಸಿದರು. ಸಮಾನವಾದ ಔಟ್‌ಪುಟ್ ಸಿಗ್ನಲ್ ಗಳಿಕೆಯ ಅಡಿಯಲ್ಲಿ, APD ಕಡಿಮೆ ಶಬ್ದ ಮತ್ತು ಕಡಿಮೆ ಡಾರ್ಕ್ ಕರೆಂಟ್ ಅನ್ನು ಪ್ರದರ್ಶಿಸುತ್ತದೆ. 2016 ರಲ್ಲಿ, ಸಂಶೋಧಕರು InGaAs ಅವಲಾಂಚೆ ಫೋಟೊಡೆಕ್ಟರ್‌ಗಳನ್ನು ಆಧರಿಸಿ 1570 nm ಲೇಸರ್ ಸಕ್ರಿಯ ಇಮೇಜಿಂಗ್ ಪ್ರಾಯೋಗಿಕ ವೇದಿಕೆಯನ್ನು ನಿರ್ಮಿಸಿದರು. ಆಂತರಿಕ ಸರ್ಕ್ಯೂಟ್APD ಫೋಟೋಡೆಕ್ಟರ್ಪ್ರತಿಧ್ವನಿಗಳನ್ನು ಸ್ವೀಕರಿಸಿ ಡಿಜಿಟಲ್ ಸಿಗ್ನಲ್‌ಗಳನ್ನು ನೇರವಾಗಿ ಔಟ್‌ಪುಟ್ ಮಾಡಿ, ಇಡೀ ಸಾಧನವನ್ನು ಸಾಂದ್ರಗೊಳಿಸುತ್ತದೆ. ಪ್ರಾಯೋಗಿಕ ಫಲಿತಾಂಶಗಳನ್ನು ಚಿತ್ರಗಳು (d) ಮತ್ತು (e) ನಲ್ಲಿ ತೋರಿಸಲಾಗಿದೆ. ಚಿತ್ರ (d) ಇಮೇಜಿಂಗ್ ಗುರಿಯ ಭೌತಿಕ ಫೋಟೋ, ಮತ್ತು ಚಿತ್ರ (e) ಮೂರು ಆಯಾಮದ ದೂರದ ಚಿತ್ರ. ವಲಯ C ಯಲ್ಲಿರುವ ವಿಂಡೋ ಪ್ರದೇಶವು A ಮತ್ತು B ವಲಯಗಳಿಂದ ಒಂದು ನಿರ್ದಿಷ್ಟ ಆಳದ ಅಂತರವನ್ನು ಹೊಂದಿದೆ ಎಂದು ಸ್ಪಷ್ಟವಾಗಿ ಕಾಣಬಹುದು. ಈ ವೇದಿಕೆಯು 10 ns ಗಿಂತ ಕಡಿಮೆ ಪಲ್ಸ್ ಅಗಲ, ಹೊಂದಾಣಿಕೆ ಮಾಡಬಹುದಾದ ಏಕ ಪಲ್ಸ್ ಶಕ್ತಿ (1-3) mJ, ಪ್ರಸಾರ ಮಾಡುವ ಮತ್ತು ಸ್ವೀಕರಿಸುವ ಮಸೂರಗಳಿಗೆ 2 ° ನ ವೀಕ್ಷಣಾ ಕೋನ ಕ್ಷೇತ್ರ, 1 kHz ನ ಪುನರಾವರ್ತನೆ ದರ ಮತ್ತು ಸರಿಸುಮಾರು 60% ನ ಡಿಟೆಕ್ಟರ್ ಡ್ಯೂಟಿ ಸೈಕಲ್ ಅನ್ನು ಸಾಧಿಸುತ್ತದೆ. ಆಂತರಿಕ ಫೋಟೊಕರೆಂಟ್ ಗಳಿಕೆ, ವೇಗದ ಪ್ರತಿಕ್ರಿಯೆ, ಸಾಂದ್ರ ಗಾತ್ರ, ಬಾಳಿಕೆ ಮತ್ತು APD ಯ ಕಡಿಮೆ ವೆಚ್ಚದಿಂದಾಗಿ, APD ಫೋಟೊಡೆಕ್ಟರ್‌ಗಳು PIN ಫೋಟೊಡೆಕ್ಟರ್‌ಗಳಿಗಿಂತ ಒಂದು ಕ್ರಮದ ಹೆಚ್ಚಿನ ಪತ್ತೆ ದರವನ್ನು ಸಾಧಿಸಬಹುದು. ಆದ್ದರಿಂದ, ಪ್ರಸ್ತುತ ಮುಖ್ಯವಾಹಿನಿಯ ಲೇಸರ್ ರಾಡಾರ್ ಮುಖ್ಯವಾಗಿ ಹಿಮಪಾತ ಫೋಟೊಡೆಕ್ಟರ್‌ಗಳನ್ನು ಬಳಸುತ್ತದೆ.