InGaAs ফটোডিটেক্টরের গঠন

এর গঠনInGaAs ফটোডিটেক্টর

1980 এর দশক থেকে, দেশে এবং বিদেশে গবেষকরা InGaAs ফটোডিটেক্টরের গঠন অধ্যয়ন করেছেন, যা প্রধানত তিন প্রকারে বিভক্ত। সেগুলো হল InGaAs মেটাল-সেমিকন্ডাক্টর-মেটাল ফটোডিটেক্টর (MSM-PD), InGaAs PIN ফটোডিটেক্টর (PIN-PD), এবং InGaAs Avalanche Photodetector (APD-PD)। বিভিন্ন স্ট্রাকচারের সাথে InGaAs ফটোডিটেক্টরের ফ্যাব্রিকেশন প্রক্রিয়া এবং খরচের মধ্যে উল্লেখযোগ্য পার্থক্য রয়েছে এবং ডিভাইসের কার্যক্ষমতাতেও বড় পার্থক্য রয়েছে।

InGaAs ধাতু-অর্ধপরিবাহী-ধাতুফটোডিটেক্টর, চিত্র (a) তে দেখানো হয়েছে, Schottky জংশনের উপর ভিত্তি করে একটি বিশেষ কাঠামো। 1992 সালে, শি এট আল। এপিটাক্সি স্তর বৃদ্ধির জন্য নিম্নচাপের ধাতব-জৈব বাষ্প ফেজ এপিটাক্সি প্রযুক্তি (LP-MOVPE) ব্যবহার করা হয়েছে এবং InGaAs MSM ফটোডিটেক্টর প্রস্তুত করেছে, যার উচ্চ প্রতিক্রিয়াশীলতা রয়েছে 0.42 A/W একটি তরঙ্গদৈর্ঘ্য 1.3 μm এবং একটি অন্ধকার কারেন্ট 5.6 pA/-এর চেয়ে কম 1.5 V এ μm²। 1996 সালে, ঝাং এট আল। InAlAs-InGaAs-InP এপিটাক্সি স্তর বাড়াতে গ্যাস ফেজ মলিকুলার বিম এপিটাক্সি (GSMBE) ব্যবহার করা হয়েছে। InAlAs স্তরটি উচ্চ প্রতিরোধক বৈশিষ্ট্য দেখায়, এবং বৃদ্ধির অবস্থাগুলি এক্স-রে বিচ্ছুরণ পরিমাপের দ্বারা অপ্টিমাইজ করা হয়েছিল, যাতে InGaAs এবং InAlAs স্তরগুলির মধ্যে জালির অমিল 1×10⁻³ এর মধ্যে ছিল। এর ফলে 10 V এ 0.75 pA/μm² এর নিচে অন্ধকার কারেন্ট সহ অপ্টিমাইজ করা ডিভাইসের কার্যক্ষমতা এবং 5 V এ 16 ps পর্যন্ত দ্রুত ক্ষণস্থায়ী প্রতিক্রিয়া দেখা যায়। সামগ্রিকভাবে, MSM স্ট্রাকচার ফটোডিটেক্টর সহজ এবং একীভূত করা সহজ, কম অন্ধকার কারেন্ট দেখায় (pA) অর্ডার), কিন্তু ধাতব ইলেক্ট্রোড ডিভাইসের কার্যকরী আলো শোষণের ক্ষেত্রকে কমিয়ে দেবে, তাই প্রতিক্রিয়া অন্যান্য কাঠামোর তুলনায় কম।

InGaAs পিন ফটোডিটেক্টর পি-টাইপ কন্টাক্ট লেয়ার এবং এন-টাইপ কনট্যাক্ট লেয়ারের মধ্যে একটি অভ্যন্তরীণ স্তর সন্নিবেশ করায়, যেমনটি চিত্র (বি) এ দেখানো হয়েছে, যা অবক্ষয় অঞ্চলের প্রস্থ বৃদ্ধি করে, এইভাবে আরও ইলেক্ট্রন-হোল জোড়া বিকিরণ করে এবং একটি গঠন করে। বৃহত্তর ফটোকারেন্ট, তাই এটির চমৎকার ইলেক্ট্রন পরিবাহী কর্মক্ষমতা রয়েছে। 2007 সালে, A.Poloczek et al. পৃষ্ঠের রুক্ষতা উন্নত করতে এবং Si এবং InP-এর মধ্যে জালির অমিল কাটিয়ে উঠতে একটি নিম্ন-তাপমাত্রার বাফার স্তর বাড়াতে MBE ব্যবহার করে। MOCVD InP সাবস্ট্রেটে InGaAs পিন গঠন সংহত করতে ব্যবহৃত হয়েছিল এবং ডিভাইসটির প্রতিক্রিয়াশীলতা ছিল প্রায় 0.57A /W। 2011 সালে, আর্মি রিসার্চ ল্যাবরেটরি (ALR) পিন ফটোডিটেক্টর ব্যবহার করে একটি liDAR ইমেজার অধ্যয়ন করার জন্য নেভিগেশন, বাধা/সংঘর্ষ এড়ানো, এবং স্বল্প-পরিসরের লক্ষ্য শনাক্তকরণ/পরিচয় ছোট মানবহীন স্থল যানবাহনের জন্য, যা একটি কম খরচে মাইক্রোওয়েভ এমপ্লিফায়ার চিপের সাথে একত্রিত হয়। উল্লেখযোগ্যভাবে InGaAs পিন ফটোডিটেক্টরের সংকেত-টু-শব্দ অনুপাতকে উন্নত করেছে। এই ভিত্তিতে, 2012 সালে, ALR এই liDAR ইমেজারটি রোবটের জন্য ব্যবহার করেছিল, যার সনাক্তকরণ পরিসীমা 50 মিটারের বেশি এবং রেজোলিউশন 256 × 128 ছিল।

InGaAsতুষারপাত ফটোডিটেক্টরলাভ সহ এক ধরনের ফটোডিটেক্টর, যার গঠন চিত্র (c) এ দেখানো হয়েছে। দ্বিগুণ অঞ্চলের অভ্যন্তরে বৈদ্যুতিক ক্ষেত্রের ক্রিয়াকলাপের অধীনে ইলেকট্রন-হোল জোড়া যথেষ্ট শক্তি পায়, যাতে পরমাণুর সাথে সংঘর্ষ হয়, নতুন ইলেকট্রন-গর্ত জোড়া তৈরি করে, একটি তুষারপাতের প্রভাব তৈরি করে এবং উপাদানে ভারসাম্যহীন বাহকগুলিকে গুণ করে। . 2013 সালে, জর্জ এম MBE ব্যবহার করে একটি InP সাবস্ট্রেটে জালির মিলযুক্ত InGaAs এবং InAlAs অ্যালয়গুলি বৃদ্ধি করতে, খাদের সংমিশ্রণ, এপিটাক্সিয়াল স্তরের পুরুত্বের পরিবর্তন ব্যবহার করে এবং গর্তের আয়নকরণ কমিয়ে ইলেক্ট্রোশক আয়নাইজেশনকে সর্বাধিক করার জন্য মড্যুলেটেড ক্যারিয়ার শক্তিতে ডোপিং ব্যবহার করে। সমতুল্য আউটপুট সিগন্যাল লাভে, APD কম শব্দ এবং নিম্ন অন্ধকার প্রবাহ দেখায়। 2016 সালে, সান জিয়ানফেং এট আল। InGaAs avalanche photodetector-এর উপর ভিত্তি করে 1570 nm লেজার সক্রিয় ইমেজিং পরীক্ষামূলক প্ল্যাটফর্মের একটি সেট তৈরি করেছে। এর অভ্যন্তরীণ সার্কিটএপিডি ফটোডিটেক্টরপ্রাপ্ত প্রতিধ্বনি এবং সরাসরি ডিজিটাল সংকেত আউটপুট, পুরো ডিভাইস কম্প্যাক্ট করে তোলে. পরীক্ষামূলক ফলাফল FIG এ দেখানো হয়েছে। (d) এবং (ঙ)। চিত্র (d) হল ইমেজিং লক্ষ্যের একটি শারীরিক ছবি, এবং চিত্র (e) একটি ত্রিমাত্রিক দূরত্বের চিত্র৷ এটি স্পষ্টভাবে দেখা যায় যে ক্ষেত্রফল c এর উইন্ডো ক্ষেত্রফল A এবং b এর সাথে একটি নির্দিষ্ট গভীরতার দূরত্ব রয়েছে। প্ল্যাটফর্মটি 10 ​​এনএস-এর কম পালস প্রস্থ উপলব্ধি করে, একক পালস শক্তি (1 ~ 3) mJ সামঞ্জস্যযোগ্য, প্রাপ্ত লেন্স ক্ষেত্রের 2° কোণ, 1 kHz এর পুনরাবৃত্তি ফ্রিকোয়েন্সি, প্রায় 60% ডিটেক্টর ডিউটি ​​অনুপাত। APD-এর অভ্যন্তরীণ ফটোকারেন্ট লাভ, দ্রুত প্রতিক্রিয়া, কমপ্যাক্ট আকার, স্থায়িত্ব এবং কম খরচের জন্য ধন্যবাদ, APD ফটোডিটেক্টরগুলি PIN ফটোডিটেক্টরের তুলনায় সনাক্তকরণের হারে বেশি মাত্রার অর্ডার হতে পারে, তাই বর্তমান মূলধারার liDAR প্রধানত তুষারপাত ফটোডিটেক্টর দ্বারা প্রভাবিত।

সামগ্রিকভাবে, দেশে এবং বিদেশে InGaAs প্রস্তুতি প্রযুক্তির দ্রুত বিকাশের সাথে, আমরা দক্ষতার সাথে MBE, MOCVD, LPE এবং অন্যান্য প্রযুক্তি ব্যবহার করতে পারি InP সাবস্ট্রেটে বৃহৎ অঞ্চলের উচ্চ-মানের InGaAs এপিটাক্সিয়াল স্তর প্রস্তুত করতে। InGaAs ফটোডিটেক্টরগুলি কম অন্ধকার কারেন্ট এবং উচ্চ প্রতিক্রিয়াশীলতা প্রদর্শন করে, সর্বনিম্ন অন্ধকার কারেন্ট 0.75 pA/μm² এর চেয়ে কম, সর্বাধিক প্রতিক্রিয়াশীলতা 0.57 A/W পর্যন্ত, এবং একটি দ্রুত ক্ষণস্থায়ী প্রতিক্রিয়া (ps অর্ডার) রয়েছে। InGaAs ফটোডিটেক্টরগুলির ভবিষ্যত বিকাশ নিম্নলিখিত দুটি দিকের উপর ফোকাস করবে: (1) InGaAs এপিটাক্সিয়াল স্তর সরাসরি Si সাবস্ট্রেটে জন্মায়। বর্তমানে, বাজারে মাইক্রোইলেক্ট্রনিক ডিভাইসগুলির বেশিরভাগই Si ভিত্তিক, এবং InGaAs এবং Si ভিত্তিক পরবর্তী সমন্বিত বিকাশ সাধারণ প্রবণতা। InGaAs/Si-এর অধ্যয়নের জন্য জালির অমিল এবং তাপ সম্প্রসারণ সহগ পার্থক্যের মতো সমস্যাগুলি সমাধান করা গুরুত্বপূর্ণ; (2) 1550 এনএম তরঙ্গদৈর্ঘ্য প্রযুক্তি পরিপক্ক হয়েছে, এবং বর্ধিত তরঙ্গদৈর্ঘ্য (2.0 ~ 2.5) μm হল ভবিষ্যতের গবেষণার দিক। In উপাদানগুলির বৃদ্ধির সাথে, InP সাবস্ট্রেট এবং InGaAs এপিটাক্সিয়াল স্তরের মধ্যে জালির অমিল আরও গুরুতর স্থানচ্যুতি এবং ত্রুটির দিকে পরিচালিত করবে, তাই ডিভাইস প্রক্রিয়ার পরামিতিগুলি অপ্টিমাইজ করা, জালির ত্রুটিগুলি হ্রাস করা এবং ডিভাইসের অন্ধকার কারেন্ট হ্রাস করা প্রয়োজন৷