InGaAs ফটোডিটেক্টরের গঠন

এর গঠনInGaAs ফটোডিটেক্টর
১৯৮০-এর দশক থেকে গবেষকরা InGaAs ফটোডিটেক্টরের গঠন নিয়ে গবেষণা করছেন, যেগুলোকে প্রধানত তিনটি ভাগে ভাগ করা যায়: InGaAs ধাতু এবং অর্ধপরিবাহী ধাতু।ফটোডিটেক্টর(এমএসএম-পিডি), ইনজিএএএসপিন ফটোডিটেক্টর(পিন-পিডি), এবং ইনজিএএএসতুষারধস ফটোডিটেক্টর(APD-PD)। ভিন্ন ভিন্ন কাঠামোর InGaAs ফটোডিটেক্টরের উৎপাদন প্রক্রিয়া ও খরচে উল্লেখযোগ্য পার্থক্য রয়েছে এবং ডিভাইসের কার্যক্ষমতাতেও উল্লেখযোগ্য পার্থক্য দেখা যায়।
চিত্রে InGaAs মেটাল সেমিকন্ডাক্টর ফটোডিটেক্টর কাঠামোর স্কিম্যাটিক ডায়াগ্রাম দেখানো হয়েছে, যা স্কটকি জংশনের উপর ভিত্তি করে একটি বিশেষ কাঠামো। ১৯৯২ সালে, শি এবং তার সহযোগীরা নিম্ন-চাপের মেটাল অর্গানিক ভেপার ফেজ এপিট্যাক্সি (LP-MOVPE) প্রযুক্তি ব্যবহার করে এপিট্যাক্সিয়াল স্তর তৈরি করেন এবং InGaAs MSM ফটোডিটেক্টর প্রস্তুত করেন। ডিভাইসটির ১.৩ μm তরঙ্গদৈর্ঘ্যে ০.৪২ A/W-এর উচ্চ রেসপন্সিভিটি এবং ১.৫ V-এ ৫.৬ pA/μm²-এর কম ডার্ক কারেন্ট রয়েছে। ১৯৯৬ সালে, গবেষকরা গ্যাস-ফেজ মলিকিউলার বিম এপিট্যাক্সি (GSMBE) ব্যবহার করে InAlAs, InGaAs, InP এপিট্যাক্সিয়াল স্তর তৈরি করেন, যা উচ্চ রোধের বৈশিষ্ট্য প্রদর্শন করে। এক্স-রে ডিফ্র্যাকশন পরিমাপের মাধ্যমে স্তর তৈরির শর্তাবলী অপ্টিমাইজ করা হয়েছিল, যার ফলে InGaAs এবং InAlAs স্তরগুলির মধ্যে ল্যাটিস মিসম্যাচ ১ × ১০⁻³-এর সীমার মধ্যে ছিল। এর ফলে, ডিভাইসটির কার্যক্ষমতা অপ্টিমাইজ করা হয়েছিল, যেখানে ১০ ভোল্টে ডার্ক কারেন্ট ছিল ০.৭৫ pA/μm²-এর কম এবং ৫ ভোল্টে এর ট্রানজিয়েন্ট রেসপন্স ছিল ১৬ ps। সার্বিকভাবে, MSM কাঠামোর ফটোডিটেক্টরটির গঠন সহজ এবং সহজে ইন্টিগ্রেট করা যায়, যা কম ডার্ক কারেন্ট (pA লেভেল) প্রদর্শন করে। কিন্তু মেটাল ইলেকট্রোড ডিভাইসটির কার্যকর আলো শোষণ এলাকা কমিয়ে দেয়, যার ফলে অন্যান্য কাঠামোর তুলনায় এর রেসপন্সিভিটি কম হয়।

চিত্রে যেমন দেখানো হয়েছে, InGaAs PIN ফটোডিটেক্টরে P-টাইপ কন্টাক্ট লেয়ার এবং N-টাইপ কন্টাক্ট লেয়ারের মধ্যে একটি ইন্ট্রিনসিক লেয়ার স্থাপন করা থাকে, যা ডিপ্লেশন অঞ্চলের প্রস্থ বৃদ্ধি করে। এর ফলে আরও বেশি ইলেকট্রন-হোল জোড় বিকিরিত হয় এবং একটি বৃহত্তর ফটোকারেন্ট তৈরি হয়, যা চমৎকার ইলেকট্রনিক পরিবাহিতা প্রদর্শন করে। ২০০৭ সালে, গবেষকরা MBE ব্যবহার করে নিম্ন-তাপমাত্রার বাফার লেয়ার তৈরি করেন, যা পৃষ্ঠের অমসৃণতা উন্নত করে এবং Si ও InP-এর মধ্যে ল্যাটিস অমিল দূর করে। তারা MOCVD ব্যবহার করে InP সাবস্ট্রেটের উপর InGaAs PIN কাঠামো সংহত করেন এবং ডিভাইসটির রেসপন্সিভিটি ছিল প্রায় ০.৫৭ A/W। ২০১১ সালে, গবেষকরা ছোট মনুষ্যবিহীন স্থলযানের নেভিগেশন, বাধা/সংঘর্ষ এড়ানো এবং লক্ষ্যবস্তু শনাক্তকরণ/শনাক্তকরণের জন্য একটি স্বল্প-পাল্লার LiDAR ইমেজিং ডিভাইস তৈরি করতে PIN ফটোডিটেক্টর ব্যবহার করেন। ডিভাইসটিকে একটি স্বল্প-মূল্যের মাইক্রোওয়েভ অ্যামপ্লিফায়ার চিপের সাথে সংহত করা হয়েছিল, যা InGaAs PIN ফটোডিটেক্টরের সিগন্যাল-টু-নয়েজ অনুপাতকে উল্লেখযোগ্যভাবে উন্নত করে। এর ভিত্তিতে, ২০১২ সালে গবেষকরা এই LiDAR ইমেজিং ডিভাইসটি রোবটে প্রয়োগ করেন, যার শনাক্তকরণ পরিসীমা ছিল ৫০ মিটারের বেশি এবং রেজোলিউশন বাড়িয়ে ২৫৬ × ১২৮ করা হয়।
InGaAs অ্যাভাল্যাঞ্চ ফটোডিটেক্টর হলো এক ধরনের গেইনযুক্ত ফটোডিটেক্টর, যা এর গঠন চিত্রে দেখানো হয়েছে। ডাবলিং অঞ্চলের অভ্যন্তরে বৈদ্যুতিক ক্ষেত্রের প্রভাবে ইলেকট্রন-হোল জোড়া পর্যাপ্ত শক্তি লাভ করে এবং পরমাণুর সাথে সংঘর্ষের মাধ্যমে নতুন ইলেকট্রন-হোল জোড়া তৈরি করে, যা অ্যাভাল্যাঞ্চ প্রভাব সৃষ্টি করে এবং পদার্থের মধ্যে ভারসাম্যহীন চার্জ বাহকের সংখ্যা দ্বিগুণ করে। ২০১৩ সালে, গবেষকরা InP সাবস্ট্রেটের উপর ল্যাটিস-ম্যাচড InGaAs এবং InAlAs সংকর ধাতু তৈরি করতে MBE পদ্ধতি ব্যবহার করেন। তারা সংকর ধাতুর গঠন, এপিটেক্সিয়াল স্তরের পুরুত্ব এবং ডোপিং-এর পরিবর্তনের মাধ্যমে বাহকের শক্তি নিয়ন্ত্রণ করেন, যার ফলে হোল আয়নীকরণ সর্বনিম্ন রেখে ইলেকট্রোশক আয়নীকরণ সর্বোচ্চ করা হয়। সমতুল্য আউটপুট সিগন্যাল গেইনের অধীনে, APD কম নয়েজ এবং নিম্ন ডার্ক কারেন্ট প্রদর্শন করে। ২০১৬ সালে, গবেষকরা InGaAs অ্যাভাল্যাঞ্চ ফটোডিটেক্টরের উপর ভিত্তি করে একটি ১৫৭০ nm লেজার অ্যাক্টিভ ইমেজিং পরীক্ষামূলক প্ল্যাটফর্ম তৈরি করেন। এর অভ্যন্তরীণ সার্কিট...এপিডি ফটোডিটেক্টরপ্রতিধ্বনি গ্রহণ করে এবং সরাসরি ডিজিটাল সংকেত আউটপুট করে, যা পুরো ডিভাইসটিকে কম্প্যাক্ট করে তোলে। পরীক্ষামূলক ফলাফল চিত্র (d) এবং (e)-তে দেখানো হয়েছে। চিত্র (d) হলো ইমেজিং টার্গেটের একটি বাস্তব ছবি, এবং চিত্র (e) হলো একটি ত্রিমাত্রিক দূরত্বের চিত্র। এটি পরিষ্কারভাবে দেখা যায় যে জোন C-এর উইন্ডো এলাকাটি জোন A এবং B থেকে একটি নির্দিষ্ট গভীরতার দূরত্বে অবস্থিত। এই প্ল্যাটফর্মটি ১০ ন্যানোসেকেন্ডের কম পালস প্রস্থ, সামঞ্জস্যযোগ্য একক পালস শক্তি (১-৩) মিলিজুল, প্রেরণকারী এবং গ্রহণকারী লেন্সের জন্য ২° ফিল্ড অফ ভিউ অ্যাঙ্গেল, ১ কিলোহার্জের পুনরাবৃত্তি হার এবং প্রায় ৬০% ডিটেক্টর ডিউটি ​​সাইকেল অর্জন করে। APD-এর অভ্যন্তরীণ ফটোকারেন্ট গেইন, দ্রুত প্রতিক্রিয়া, কম্প্যাক্ট আকার, স্থায়িত্ব এবং কম খরচের কারণে, APD ফটোডিটেক্টরগুলো PIN ফটোডিটেক্টরের তুলনায় এক মাত্রা বেশি সনাক্তকরণ হার অর্জন করতে পারে। তাই, বর্তমানে মূলধারার লেজার রাডার প্রধানত অ্যাভাল্যাঞ্চ ফটোডিটেক্টর ব্যবহার করে।