InGaAs فوٹو ڈیٹیکٹر کا ڈھانچہ

کی ساختInGaAs فوٹو ڈیٹیکٹر

1980 کی دہائی سے اندرون اور بیرون ملک محققین نے InGaAs فوٹو ڈیٹیکٹرز کی ساخت کا مطالعہ کیا ہے، جو بنیادی طور پر تین اقسام میں تقسیم ہیں۔ وہ ہیں InGaAs Metal-Semiconductor-metal photodetector (MSM-PD)، InGaAs PIN Photodetector (PIN-PD)، اور InGaAs Avalanche Photodetector (APD-PD)۔ مختلف ڈھانچے کے ساتھ InGaAs فوٹو ڈیٹیکٹرز کے من گھڑت عمل اور لاگت میں نمایاں فرق ہیں، اور ڈیوائس کی کارکردگی میں بھی بہت فرق ہے۔

InGaAs میٹل سیمی کنڈکٹر میٹلفوٹو ڈیٹیکٹر، شکل (a) میں دکھایا گیا ہے، Schottky جنکشن پر مبنی ایک خاص ڈھانچہ ہے۔ 1992 میں، شی وغیرہ۔ epitaxy تہوں کو اگانے کے لیے لو پریشر میٹل-آرگینک ویپر فیز ایپیٹیکسی ٹیکنالوجی (LP-MOVPE) کا استعمال کیا اور InGaAs MSM فوٹو ڈیٹیکٹر تیار کیا، جس میں 1.3 μm کی طول موج پر 0.42 A/W کی اعلی ردعمل اور 5.6 pA/ سے کم تاریک کرنٹ ہے۔ 1.5 V پر μm²۔ 1996 میں، zhang et al. InAlAs-InGaAs-InP epitaxy تہہ کو بڑھانے کے لیے گیس فیز مالیکیولر بیم ایپیٹیکسی (GSMBE) کا استعمال کیا۔ InAlAs پرت نے اعلی مزاحمتی خصوصیات کو ظاہر کیا، اور ترقی کے حالات کو ایکس رے کے پھیلاؤ کی پیمائش کے ذریعہ بہتر بنایا گیا تھا، تاکہ InGaAs اور InAlAs تہوں کے درمیان جالی کی مماثلت 1×10⁻³ کی حد میں ہو۔ اس کے نتیجے میں 10 V پر 0.75 pA/μm² سے نیچے گہرے کرنٹ کے ساتھ آلہ کی بہتر کارکردگی اور 5 V پر 16 ps تک تیز عارضی ردعمل ظاہر ہوتا ہے۔ مجموعی طور پر، MSM ڈھانچہ فوٹو ڈیٹیکٹر سادہ اور انٹیگریٹ کرنے میں آسان ہے، جو کم تاریک کرنٹ (pA) کو ظاہر کرتا ہے۔ آرڈر)، لیکن دھاتی الیکٹروڈ آلہ کے مؤثر روشنی جذب کرنے کے علاقے کو کم کر دے گا، لہذا ردعمل دیگر ڈھانچے کے مقابلے میں کم ہے.

InGaAs PIN فوٹو ڈیٹیکٹر پی قسم کی رابطہ پرت اور N-قسم کی رابطہ پرت کے درمیان ایک اندرونی تہہ داخل کرتا ہے، جیسا کہ شکل (b) میں دکھایا گیا ہے، جو کہ کمی کے علاقے کی چوڑائی کو بڑھاتا ہے، اس طرح الیکٹران ہول کے مزید جوڑے پھیلتے ہیں اور ایک تشکیل دیتا ہے۔ بڑا فوٹوکورنٹ، لہذا اس میں الیکٹران کی ترسیل کی بہترین کارکردگی ہے۔ 2007 میں، A.Poloczek et al. سطح کی کھردری کو بہتر بنانے اور Si اور InP کے درمیان جعلی مماثلت پر قابو پانے کے لیے کم درجہ حرارت والی بفر پرت کو اگانے کے لیے MBE کا استعمال کیا۔ MOCVD کو InP سبسٹریٹ پر InGaAs PIN ڈھانچے کو مربوط کرنے کے لیے استعمال کیا گیا تھا، اور ڈیوائس کی ردعمل تقریباً 0.57A/W تھی۔ 2011 میں، آرمی ریسرچ لیبارٹری (ALR) نے نیویگیشن، رکاوٹ/تصادم سے بچنے، اور چھوٹی بغیر پائلٹ کے زمینی گاڑیوں کے لیے ایک liDAR امیجر کا مطالعہ کرنے کے لیے PIN فوٹو ڈیٹیکٹرز کا استعمال کیا، جو ایک کم لاگت مائکروویو ایمپلیفائر چپ کے ساتھ مربوط ہے۔ InGaAs PIN فوٹو ڈیٹیکٹر کے سگنل ٹو شور کے تناسب میں نمایاں طور پر بہتری آئی ہے۔ اس بنیاد پر، 2012 میں، ALR نے اس liDAR امیجر کو روبوٹ کے لیے استعمال کیا، جس کی کھوج کی حد 50 میٹر سے زیادہ اور ریزولوشن 256 × 128 ہے۔

InGaAsبرفانی تودہ فوٹو ڈیٹیکٹرفائدہ کے ساتھ فوٹو ڈیٹیکٹر کی ایک قسم ہے، جس کی ساخت تصویر (c) میں دکھائی گئی ہے۔ الیکٹران ہول جوڑا دوگنا ہونے والے علاقے کے اندر برقی میدان کے عمل کے تحت کافی توانائی حاصل کرتا ہے، تاکہ ایٹم سے ٹکرایا جائے، نئے الیکٹران ہول جوڑے پیدا ہوں، برفانی تودے کا اثر بنیں، اور مواد میں عدم توازن برداروں کو ضرب دے سکیں۔ . 2013 میں، جارج ایم نے ایک InP سبسٹریٹ پر جالیوں کے مماثل InGaAs اور InAlAs مرکبات کو اگانے کے لیے MBE کا استعمال کیا، الائے کمپوزیشن، ایپیٹیکسیل پرت کی موٹائی میں تبدیلیوں کا استعمال کرتے ہوئے، اور ہول آئنائزیشن کو کم سے کم کرتے ہوئے الیکٹرو شاک آئنائزیشن کو زیادہ سے زیادہ کرنے کے لیے ماڈیولڈ کیریئر انرجی میں ڈوپنگ کی۔ مساوی آؤٹ پٹ سگنل حاصل کرنے پر، APD کم شور اور کم تاریک کرنٹ دکھاتا ہے۔ 2016 میں، Sun Jianfeng et al. InGaAs avalanche photodetector پر مبنی 1570 nm لیزر ایکٹو امیجنگ تجرباتی پلیٹ فارم کا ایک سیٹ بنایا۔ کا اندرونی سرکٹاے پی ڈی فوٹو ڈیٹیکٹربازگشت موصول ہوئی اور براہ راست آؤٹ پٹ ڈیجیٹل سگنلز، پورے ڈیوائس کو کمپیکٹ بناتے ہوئے۔ تجرباتی نتائج FIG میں دکھائے گئے ہیں۔ (d) اور (e)۔ تصویر (d) امیجنگ ہدف کی ایک جسمانی تصویر ہے، اور شکل (e) تین جہتی فاصلے کی تصویر ہے۔ یہ واضح طور پر دیکھا جا سکتا ہے کہ ایریا سی کے ونڈو ایریا میں A اور b کے ساتھ ایک خاص گہرائی کا فاصلہ ہے۔ پلیٹ فارم نبض کی چوڑائی 10 ns سے کم، سنگل پلس انرجی (1 ~ 3) mJ ایڈجسٹ، لینس فیلڈ اینگل 2°، ریپیٹیشن فریکوئنسی 1 kHz، تقریباً 60% ڈیٹیکٹر ڈیوٹی ریشو کو محسوس کرتا ہے۔ APD کے اندرونی فوٹوکورنٹ حاصل، تیز رسپانس، کمپیکٹ سائز، پائیداری اور کم قیمت کی بدولت، APD فوٹو ڈیٹیکٹر PIN فوٹو ڈیٹیکٹرز کے مقابلے میں پتہ لگانے کی شرح میں زیادہ مقدار کا آرڈر ہو سکتے ہیں، اس لیے موجودہ مین اسٹریم liDAR بنیادی طور پر برفانی تودہ فوٹو ڈیٹیکٹرز کا غلبہ ہے۔

مجموعی طور پر، اندرون اور بیرون ملک InGaAs کی تیاری کی ٹیکنالوجی کی تیز رفتار ترقی کے ساتھ، ہم بڑی مہارت سے MBE، MOCVD، LPE اور دیگر ٹیکنالوجیز کو InP سبسٹریٹ پر بڑے ایریا کے اعلیٰ معیار کے InGaAs ایپیٹیکسیل پرت کی تیاری کے لیے استعمال کر سکتے ہیں۔ InGaAs فوٹو ڈیٹیکٹر کم تاریک کرنٹ اور زیادہ ردعمل ظاہر کرتے ہیں، سب سے کم تاریک کرنٹ 0.75 PA/μm² سے کم ہے، زیادہ سے زیادہ ردعمل 0.57 A/W تک ہے، اور اس کا تیز عارضی ردعمل (ps آرڈر) ہے۔ InGaAs photodetectors کی مستقبل کی ترقی مندرجہ ذیل دو پہلوؤں پر توجہ مرکوز کرے گی: (1) InGaAs epitaxial تہہ براہ راست Si substrate پر اگائی جاتی ہے۔ اس وقت، مارکیٹ میں زیادہ تر مائیکرو الیکٹرانک آلات Si پر مبنی ہیں، اور InGaAs اور Si کی بنیاد پر بعد میں مربوط ترقی عام رجحان ہے۔ InGaAs/Si کے مطالعہ کے لیے جالیوں کی مماثلت اور تھرمل ایکسپینشن گتانک فرق جیسے مسائل کو حل کرنا بہت ضروری ہے۔ (2) 1550 nm طول موج کی ٹیکنالوجی بالغ ہو چکی ہے، اور توسیعی طول موج (2.0 ~ 2.5) μm مستقبل کی تحقیق کی سمت ہے۔ In اجزاء میں اضافے کے ساتھ، InP سبسٹریٹ اور InGaAs epitaxial تہہ کے درمیان جالی کی مماثلت زیادہ سنگین سندچیوتی اور نقائص کا باعث بنے گی، اس لیے ڈیوائس کے عمل کے پیرامیٹرز کو بہتر بنانا، جالیوں کے نقائص کو کم کرنا، اور ڈیوائس کے تاریک کرنٹ کو کم کرنا ضروری ہے۔