InGaAs ਫੋਟੋਡਿਟੈਕਟਰ ਦਾ ਢਾਂਚਾ

ਦੀ ਬਣਤਰInGaAs ਫੋਟੋਡਿਟੈਕਟਰ

1980 ਦੇ ਦਹਾਕੇ ਤੋਂ, ਦੇਸ਼ ਅਤੇ ਵਿਦੇਸ਼ ਵਿੱਚ ਖੋਜਕਰਤਾਵਾਂ ਨੇ InGaAs ਫੋਟੋਡਿਟੈਕਟਰਾਂ ਦੀ ਬਣਤਰ ਦਾ ਅਧਿਐਨ ਕੀਤਾ ਹੈ, ਜੋ ਮੁੱਖ ਤੌਰ 'ਤੇ ਤਿੰਨ ਕਿਸਮਾਂ ਵਿੱਚ ਵੰਡਿਆ ਗਿਆ ਹੈ। ਉਹ ਹਨ InGaAs ਮੈਟਲ-ਸੈਮੀਕੰਡਕਟਰ-ਮੈਟਲ ਫੋਟੋਡਿਟੇਕਟਰ (MSM-PD), InGaAs PIN Photodetector (PIN-PD), ਅਤੇ InGaAs Avalanche Photodetector (APD-PD)। ਵੱਖ-ਵੱਖ ਢਾਂਚਿਆਂ ਵਾਲੇ InGaAs ਫੋਟੋਡਿਟੈਕਟਰਾਂ ਦੀ ਫੈਬਰੀਕੇਸ਼ਨ ਪ੍ਰਕਿਰਿਆ ਅਤੇ ਲਾਗਤ ਵਿੱਚ ਮਹੱਤਵਪੂਰਨ ਅੰਤਰ ਹਨ, ਅਤੇ ਡਿਵਾਈਸ ਦੀ ਕਾਰਗੁਜ਼ਾਰੀ ਵਿੱਚ ਵੀ ਬਹੁਤ ਅੰਤਰ ਹਨ।

InGaAs ਮੈਟਲ-ਸੈਮੀਕੰਡਕਟਰ-ਮੈਟਲਫੋਟੋਡਿਟੈਕਟਰ, ਚਿੱਤਰ (a) ਵਿੱਚ ਦਿਖਾਇਆ ਗਿਆ ਹੈ, ਸਕੌਟਕੀ ਜੰਕਸ਼ਨ 'ਤੇ ਆਧਾਰਿਤ ਇੱਕ ਵਿਸ਼ੇਸ਼ ਬਣਤਰ ਹੈ। 1992 ਵਿੱਚ, ਸ਼ੀ ਐਟ ਅਲ. ਐਪੀਟੈਕਸੀ ਲੇਅਰਾਂ ਨੂੰ ਵਧਾਉਣ ਲਈ ਘੱਟ ਦਬਾਅ ਵਾਲੀ ਮੈਟਲ-ਆਰਗੈਨਿਕ ਵਾਸ਼ਪ ਫੇਜ਼ ਐਪੀਟੈਕਸੀ ਤਕਨਾਲੋਜੀ (LP-MOVPE) ਦੀ ਵਰਤੋਂ ਕੀਤੀ ਅਤੇ InGaAs MSM ਫੋਟੋਡਿਟੈਕਟਰ ਤਿਆਰ ਕੀਤਾ, ਜਿਸਦੀ 1.3 μm ਦੀ ਤਰੰਗ ਲੰਬਾਈ 'ਤੇ 0.42 A/W ਦੀ ਉੱਚ ਪ੍ਰਤੀਕਿਰਿਆ ਹੈ ਅਤੇ 5.6 pA/ ਤੋਂ ਘੱਟ ਇੱਕ ਡਾਰਕ ਕਰੰਟ ਹੈ। 1.5 V 'ਤੇ μm². 1996 ਵਿੱਚ, ਝਾਂਗ ਐਟ ਅਲ. InAlAs-InGaAs-InP ਐਪੀਟੈਕਸੀ ਪਰਤ ਨੂੰ ਵਧਾਉਣ ਲਈ ਗੈਸ ਫੇਜ਼ ਮੋਲੀਕਿਊਲਰ ਬੀਮ ਐਪੀਟੈਕਸੀ (GSMBE) ਦੀ ਵਰਤੋਂ ਕੀਤੀ। InAlAs ਪਰਤ ਨੇ ਉੱਚ ਪ੍ਰਤੀਰੋਧਕਤਾ ਵਿਸ਼ੇਸ਼ਤਾਵਾਂ ਦਿਖਾਈਆਂ, ਅਤੇ ਵਿਕਾਸ ਦੀਆਂ ਸਥਿਤੀਆਂ ਨੂੰ ਐਕਸ-ਰੇ ਵਿਭਿੰਨਤਾ ਮਾਪ ਦੁਆਰਾ ਅਨੁਕੂਲ ਬਣਾਇਆ ਗਿਆ ਸੀ, ਤਾਂ ਜੋ InGaAs ਅਤੇ InAlAs ਲੇਅਰਾਂ ਵਿਚਕਾਰ ਜਾਲੀ ਦਾ ਮੇਲ 1×10⁻³ ਦੀ ਸੀਮਾ ਦੇ ਅੰਦਰ ਹੋਵੇ। ਇਸ ਦੇ ਨਤੀਜੇ ਵਜੋਂ 10 V 'ਤੇ 0.75 pA/μm² ਤੋਂ ਘੱਟ ਹਨੇਰੇ ਕਰੰਟ ਦੇ ਨਾਲ ਅਨੁਕੂਲਿਤ ਡਿਵਾਈਸ ਪ੍ਰਦਰਸ਼ਨ ਅਤੇ 5 V 'ਤੇ 16 ps ਤੱਕ ਤੇਜ਼ ਅਸਥਾਈ ਜਵਾਬ ਮਿਲਦਾ ਹੈ। ਕੁੱਲ ਮਿਲਾ ਕੇ, MSM ਬਣਤਰ ਫੋਟੋਡਿਟੈਕਟਰ ਸਧਾਰਨ ਅਤੇ ਏਕੀਕ੍ਰਿਤ ਕਰਨ ਲਈ ਆਸਾਨ ਹੈ, ਘੱਟ ਹਨੇਰਾ ਕਰੰਟ (pA) ਨੂੰ ਦਰਸਾਉਂਦਾ ਹੈ। ਆਰਡਰ), ਪਰ ਮੈਟਲ ਇਲੈਕਟ੍ਰੋਡ ਡਿਵਾਈਸ ਦੇ ਪ੍ਰਭਾਵੀ ਰੋਸ਼ਨੀ ਸਮਾਈ ਖੇਤਰ ਨੂੰ ਘਟਾ ਦੇਵੇਗਾ, ਇਸਲਈ ਪ੍ਰਤੀਕਿਰਿਆ ਹੋਰ ਬਣਤਰਾਂ ਨਾਲੋਂ ਘੱਟ ਹੈ।

InGaAs PIN ਫੋਟੋਡਿਟੈਕਟਰ ਪੀ-ਟਾਈਪ ਸੰਪਰਕ ਪਰਤ ਅਤੇ N-ਕਿਸਮ ਦੀ ਸੰਪਰਕ ਪਰਤ ਦੇ ਵਿਚਕਾਰ ਇੱਕ ਅੰਦਰੂਨੀ ਪਰਤ ਨੂੰ ਸੰਮਿਲਿਤ ਕਰਦਾ ਹੈ, ਜਿਵੇਂ ਕਿ ਚਿੱਤਰ (ਬੀ) ਵਿੱਚ ਦਿਖਾਇਆ ਗਿਆ ਹੈ, ਜੋ ਕਿ ਡਿਪਲੇਸ਼ਨ ਖੇਤਰ ਦੀ ਚੌੜਾਈ ਨੂੰ ਵਧਾਉਂਦਾ ਹੈ, ਇਸ ਤਰ੍ਹਾਂ ਹੋਰ ਇਲੈਕਟ੍ਰੌਨ-ਹੋਲ ਜੋੜਿਆਂ ਨੂੰ ਰੇਡੀਏਟ ਕਰਦਾ ਹੈ ਅਤੇ ਇੱਕ ਬਣਾਉਂਦਾ ਹੈ। ਵੱਡਾ ਫੋਟੋਕਰੰਟ, ਇਸਲਈ ਇਸ ਵਿੱਚ ਸ਼ਾਨਦਾਰ ਇਲੈਕਟ੍ਰੋਨ ਸੰਚਾਲਨ ਪ੍ਰਦਰਸ਼ਨ ਹੈ। 2007 ਵਿੱਚ, A.Poloczek et al. ਸਤ੍ਹਾ ਦੇ ਖੁਰਦਰੇਪਣ ਨੂੰ ਬਿਹਤਰ ਬਣਾਉਣ ਅਤੇ Si ਅਤੇ InP ਵਿਚਕਾਰ ਜਾਲੀ ਦੀ ਬੇਮੇਲਤਾ ਨੂੰ ਦੂਰ ਕਰਨ ਲਈ ਇੱਕ ਘੱਟ-ਤਾਪਮਾਨ ਵਾਲੀ ਬਫਰ ਪਰਤ ਨੂੰ ਵਧਾਉਣ ਲਈ MBE ਦੀ ਵਰਤੋਂ ਕੀਤੀ। MOCVD ਦੀ ਵਰਤੋਂ InP ਸਬਸਟਰੇਟ 'ਤੇ InGaAs PIN ਢਾਂਚੇ ਨੂੰ ਏਕੀਕ੍ਰਿਤ ਕਰਨ ਲਈ ਕੀਤੀ ਗਈ ਸੀ, ਅਤੇ ਡਿਵਾਈਸ ਦੀ ਪ੍ਰਤੀਕਿਰਿਆ ਲਗਭਗ 0.57A /W ਸੀ। 2011 ਵਿੱਚ, ਆਰਮੀ ਰਿਸਰਚ ਲੈਬਾਰਟਰੀ (ALR) ਨੇ ਘੱਟ ਕੀਮਤ ਵਾਲੀ ਮਾਈਕ੍ਰੋਵੇਵ ਐਂਪਲੀਫਾਇਰ ਚਿੱਪ ਨਾਲ ਏਕੀਕ੍ਰਿਤ ਛੋਟੇ ਮਾਨਵ ਰਹਿਤ ਜ਼ਮੀਨੀ ਵਾਹਨਾਂ ਲਈ ਨੈਵੀਗੇਸ਼ਨ, ਰੁਕਾਵਟ/ਟੱਕਰ ਤੋਂ ਬਚਣ, ਅਤੇ ਛੋਟੀ-ਸੀਮਾ ਦੇ ਨਿਸ਼ਾਨੇ ਦੀ ਖੋਜ/ਪਛਾਣ ਲਈ ਇੱਕ liDAR ਇਮੇਜਰ ਦਾ ਅਧਿਐਨ ਕਰਨ ਲਈ PIN ਫੋਟੋਡਿਟੈਕਟਰਾਂ ਦੀ ਵਰਤੋਂ ਕੀਤੀ। InGaAs PIN ਫੋਟੋਡਿਟੈਕਟਰ ਦੇ ਸਿਗਨਲ-ਟੂ-ਆਇਸ ਅਨੁਪਾਤ ਵਿੱਚ ਮਹੱਤਵਪੂਰਨ ਸੁਧਾਰ ਕੀਤਾ ਗਿਆ ਹੈ। ਇਸ ਆਧਾਰ 'ਤੇ, 2012 ਵਿੱਚ, ALR ਨੇ ਰੋਬੋਟਾਂ ਲਈ ਇਸ liDAR ਇਮੇਜਰ ਦੀ ਵਰਤੋਂ ਕੀਤੀ, ਜਿਸਦੀ ਖੋਜ ਰੇਂਜ 50 ਮੀਟਰ ਤੋਂ ਵੱਧ ਹੈ ਅਤੇ ਇੱਕ ਰੈਜ਼ੋਲਿਊਸ਼ਨ 256 × 128 ਹੈ।

InGaAsਬਰਫ਼ਬਾਰੀ ਫੋਟੋ ਡਿਟੈਕਟਰਲਾਭ ਦੇ ਨਾਲ ਇੱਕ ਕਿਸਮ ਦਾ ਫੋਟੋਡਿਟੈਕਟਰ ਹੈ, ਜਿਸਦੀ ਬਣਤਰ ਚਿੱਤਰ (c) ਵਿੱਚ ਦਿਖਾਈ ਗਈ ਹੈ। ਇਲੈਕਟ੍ਰੋਨ-ਹੋਲ ਜੋੜਾ ਦੁੱਗਣਾ ਖੇਤਰ ਦੇ ਅੰਦਰ ਇਲੈਕਟ੍ਰੋਨ ਫੀਲਡ ਦੀ ਕਿਰਿਆ ਦੇ ਤਹਿਤ ਲੋੜੀਂਦੀ ਊਰਜਾ ਪ੍ਰਾਪਤ ਕਰਦਾ ਹੈ, ਤਾਂ ਜੋ ਪਰਮਾਣੂ ਨਾਲ ਟਕਰਾਇਆ ਜਾ ਸਕੇ, ਨਵੇਂ ਇਲੈਕਟ੍ਰੌਨ-ਹੋਲ ਜੋੜੇ ਪੈਦਾ ਕਰ ਸਕਣ, ਇੱਕ ਬਰਫ਼ਬਾਰੀ ਪ੍ਰਭਾਵ ਬਣ ਸਕੇ, ਅਤੇ ਸਮੱਗਰੀ ਵਿੱਚ ਗੈਰ-ਸੰਤੁਲਨ ਕੈਰੀਅਰਾਂ ਨੂੰ ਗੁਣਾ ਕੀਤਾ ਜਾ ਸਕੇ। . 2013 ਵਿੱਚ, ਜਾਰਜ ਐਮ ਨੇ ਇੱਕ InP ਸਬਸਟਰੇਟ 'ਤੇ ਜਾਲੀ ਨਾਲ ਮੇਲ ਖਾਂਦੇ InGaAs ਅਤੇ InAlAs ਅਲੌਇਸਾਂ ਨੂੰ ਉਗਾਉਣ ਲਈ MBE ਦੀ ਵਰਤੋਂ ਕੀਤੀ, ਮਿਸ਼ਰਤ ਰਚਨਾ, ਐਪੀਟੈਕਸੀਅਲ ਲੇਅਰ ਮੋਟਾਈ, ਅਤੇ ਮੋਰੀ ਆਇਓਨਾਈਜ਼ੇਸ਼ਨ ਨੂੰ ਘੱਟ ਕਰਦੇ ਹੋਏ ਇਲੈਕਟ੍ਰੋਸ਼ੌਕ ਆਇਓਨਾਈਜ਼ੇਸ਼ਨ ਨੂੰ ਵੱਧ ਤੋਂ ਵੱਧ ਕਰਨ ਲਈ ਮੋਡੀਊਲੇਟਡ ਕੈਰੀਅਰ ਊਰਜਾ ਲਈ ਡੋਪਿੰਗ ਦੀ ਵਰਤੋਂ ਕੀਤੀ। ਬਰਾਬਰ ਆਉਟਪੁੱਟ ਸਿਗਨਲ ਲਾਭ 'ਤੇ, APD ਘੱਟ ਸ਼ੋਰ ਅਤੇ ਘੱਟ ਹਨੇਰਾ ਕਰੰਟ ਦਿਖਾਉਂਦਾ ਹੈ। 2016 ਵਿੱਚ, ਸਨ ਜਿਆਨਫੇਂਗ ਐਟ ਅਲ. InGaAs avalanche photodetector 'ਤੇ ਆਧਾਰਿਤ 1570 nm ਲੇਜ਼ਰ ਐਕਟਿਵ ਇਮੇਜਿੰਗ ਪ੍ਰਯੋਗਾਤਮਕ ਪਲੇਟਫਾਰਮ ਦਾ ਇੱਕ ਸੈੱਟ ਬਣਾਇਆ। ਦਾ ਅੰਦਰੂਨੀ ਸਰਕਟAPD ਫੋਟੋ ਡਿਟੈਕਟਰਗੂੰਜ ਪ੍ਰਾਪਤ ਕੀਤੀ ਹੈ ਅਤੇ ਸਿੱਧੇ ਤੌਰ 'ਤੇ ਡਿਜੀਟਲ ਸਿਗਨਲ ਆਉਟਪੁੱਟ ਕਰਦਾ ਹੈ, ਜਿਸ ਨਾਲ ਪੂਰੀ ਡਿਵਾਈਸ ਸੰਖੇਪ ਹੋ ਜਾਂਦੀ ਹੈ। ਪ੍ਰਯੋਗਾਤਮਕ ਨਤੀਜੇ FIG ਵਿੱਚ ਦਿਖਾਏ ਗਏ ਹਨ। (d) ਅਤੇ (e)। ਚਿੱਤਰ (d) ਇਮੇਜਿੰਗ ਟੀਚੇ ਦੀ ਇੱਕ ਭੌਤਿਕ ਫੋਟੋ ਹੈ, ਅਤੇ ਚਿੱਤਰ (e) ਇੱਕ ਤਿੰਨ-ਅਯਾਮੀ ਦੂਰੀ ਚਿੱਤਰ ਹੈ। ਇਹ ਸਪੱਸ਼ਟ ਤੌਰ 'ਤੇ ਦੇਖਿਆ ਜਾ ਸਕਦਾ ਹੈ ਕਿ ਖੇਤਰ c ਦੇ ਵਿੰਡੋ ਖੇਤਰ A ਅਤੇ b ਨਾਲ ਇੱਕ ਨਿਸ਼ਚਿਤ ਡੂੰਘਾਈ ਦੂਰੀ ਹੈ। ਪਲੇਟਫਾਰਮ 10 NS ਤੋਂ ਘੱਟ ਪਲਸ ਚੌੜਾਈ, ਸਿੰਗਲ ਪਲਸ ਐਨਰਜੀ (1 ~ 3) mJ ਅਡਜੱਸਟੇਬਲ, 2° ਦਾ ਲੈਂਸ ਫੀਲਡ ਐਂਗਲ, 1 kHz ਦੀ ਦੁਹਰਾਉਣ ਦੀ ਬਾਰੰਬਾਰਤਾ, ਲਗਭਗ 60% ਦੇ ਡਿਟੈਕਟਰ ਡਿਊਟੀ ਅਨੁਪਾਤ ਨੂੰ ਮਹਿਸੂਸ ਕਰਦਾ ਹੈ। APD ਦੇ ਅੰਦਰੂਨੀ ਫੋਟੋਕਰੰਟ ਲਾਭ, ਤੇਜ਼ ਪ੍ਰਤੀਕਿਰਿਆ, ਸੰਖੇਪ ਆਕਾਰ, ਟਿਕਾਊਤਾ ਅਤੇ ਘੱਟ ਲਾਗਤ ਲਈ ਧੰਨਵਾਦ, APD ਫੋਟੋਡਿਟੈਕਟਰ ਖੋਜ ਦਰ ਵਿੱਚ PIN ਫੋਟੋਡਿਟੈਕਟਰਾਂ ਨਾਲੋਂ ਉੱਚ ਪੱਧਰ ਦਾ ਆਰਡਰ ਹੋ ਸਕਦੇ ਹਨ, ਇਸਲਈ ਮੌਜੂਦਾ ਮੁੱਖ ਧਾਰਾ liDAR ਵਿੱਚ ਮੁੱਖ ਤੌਰ 'ਤੇ avalanche photodetectors ਦਾ ਦਬਦਬਾ ਹੈ।

ਕੁੱਲ ਮਿਲਾ ਕੇ, ਦੇਸ਼ ਅਤੇ ਵਿਦੇਸ਼ ਵਿੱਚ InGaAs ਤਿਆਰੀ ਤਕਨਾਲੋਜੀ ਦੇ ਤੇਜ਼ੀ ਨਾਲ ਵਿਕਾਸ ਦੇ ਨਾਲ, ਅਸੀਂ InP ਸਬਸਟਰੇਟ 'ਤੇ ਵੱਡੇ ਖੇਤਰ ਦੀ ਉੱਚ-ਗੁਣਵੱਤਾ ਵਾਲੀ InGaAs ਐਪੀਟੈਕਸੀਅਲ ਪਰਤ ਤਿਆਰ ਕਰਨ ਲਈ MBE, MOCVD, LPE ਅਤੇ ਹੋਰ ਤਕਨੀਕਾਂ ਦੀ ਕੁਸ਼ਲਤਾ ਨਾਲ ਵਰਤੋਂ ਕਰ ਸਕਦੇ ਹਾਂ। InGaAs ਫੋਟੋਡਿਟੈਕਟਰ ਘੱਟ ਹਨੇਰੇ ਕਰੰਟ ਅਤੇ ਉੱਚ ਪ੍ਰਤੀਕਿਰਿਆ ਨੂੰ ਪ੍ਰਦਰਸ਼ਿਤ ਕਰਦੇ ਹਨ, ਸਭ ਤੋਂ ਘੱਟ ਹਨੇਰਾ ਕਰੰਟ 0.75 pA/μm² ਤੋਂ ਘੱਟ ਹੈ, ਅਧਿਕਤਮ ਜਵਾਬਦੇਹੀ 0.57 A/W ਤੱਕ ਹੈ, ਅਤੇ ਇੱਕ ਤੇਜ਼ ਅਸਥਾਈ ਜਵਾਬ (ps ਆਰਡਰ) ਹੈ। InGaAs ਫੋਟੋਡਿਟੈਕਟਰਾਂ ਦਾ ਭਵਿੱਖੀ ਵਿਕਾਸ ਹੇਠਾਂ ਦਿੱਤੇ ਦੋ ਪਹਿਲੂਆਂ 'ਤੇ ਧਿਆਨ ਕੇਂਦ੍ਰਤ ਕਰੇਗਾ: (1) InGaAs ਐਪੀਟੈਕਸੀਅਲ ਪਰਤ ਸਿੱਧੇ Si ਸਬਸਟਰੇਟ 'ਤੇ ਉੱਗਦੀ ਹੈ। ਵਰਤਮਾਨ ਵਿੱਚ, ਬਜ਼ਾਰ ਵਿੱਚ ਜ਼ਿਆਦਾਤਰ ਮਾਈਕ੍ਰੋਇਲੈਕਟ੍ਰੋਨਿਕ ਯੰਤਰ Si ਅਧਾਰਤ ਹਨ, ਅਤੇ InGaAs ਅਤੇ Si ਅਧਾਰਤ ਦਾ ਬਾਅਦ ਵਿੱਚ ਏਕੀਕ੍ਰਿਤ ਵਿਕਾਸ ਆਮ ਰੁਝਾਨ ਹੈ। InGaAs/Si ਦੇ ਅਧਿਐਨ ਲਈ ਜਾਲੀ ਬੇਮੇਲ ਅਤੇ ਥਰਮਲ ਵਿਸਤਾਰ ਗੁਣਾਂਕ ਅੰਤਰ ਵਰਗੀਆਂ ਸਮੱਸਿਆਵਾਂ ਨੂੰ ਹੱਲ ਕਰਨਾ ਮਹੱਤਵਪੂਰਨ ਹੈ; (2) 1550 nm ਤਰੰਗ-ਲੰਬਾਈ ਤਕਨਾਲੋਜੀ ਪਰਿਪੱਕ ਹੋ ਗਈ ਹੈ, ਅਤੇ ਵਿਸਤ੍ਰਿਤ ਤਰੰਗ-ਲੰਬਾਈ (2.0 ~ 2.5) μm ਭਵਿੱਖ ਦੀ ਖੋਜ ਦਿਸ਼ਾ ਹੈ। ਇਨ ਕੰਪੋਨੈਂਟਸ ਦੇ ਵਾਧੇ ਦੇ ਨਾਲ, InP ਸਬਸਟਰੇਟ ਅਤੇ InGaAs ਐਪੀਟੈਕਸੀਅਲ ਪਰਤ ਦੇ ਵਿਚਕਾਰ ਜਾਲੀ ਦਾ ਮੇਲ ਨਹੀਂ ਖਾਂਦਾ, ਹੋਰ ਗੰਭੀਰ ਡਿਸਲੋਕੇਸ਼ਨ ਅਤੇ ਨੁਕਸ ਪੈਦਾ ਕਰੇਗਾ, ਇਸਲਈ ਡਿਵਾਈਸ ਪ੍ਰਕਿਰਿਆ ਦੇ ਮਾਪਦੰਡਾਂ ਨੂੰ ਅਨੁਕੂਲ ਬਣਾਉਣਾ, ਜਾਲੀ ਦੇ ਨੁਕਸ ਨੂੰ ਘਟਾਉਣਾ, ਅਤੇ ਡਿਵਾਈਸ ਦੇ ਹਨੇਰੇ ਕਰੰਟ ਨੂੰ ਘਟਾਉਣਾ ਜ਼ਰੂਰੀ ਹੈ।