ဖွဲ့စည်းပုံInGaAs အလင်းရှာဖွေကိရိယာ
၁၉၈၀ ပြည့်လွန်နှစ်များကတည်းက ပြည်တွင်းပြည်ပမှ သုတေသီများသည် InGaAs photodetector များ၏ဖွဲ့စည်းပုံကို လေ့လာခဲ့ကြပြီး အဓိကအားဖြင့် အမျိုးအစားသုံးမျိုးခွဲခြားထားသည်။ ၎င်းတို့မှာ InGaAs metal-Semiconductor-metal photodetector (MSM-PD)၊ InGaAs PIN Photodetector (PIN-PD) နှင့် InGaAs Avalanche Photodetector (APD-PD) တို့ဖြစ်သည်။ မတူညီသောဖွဲ့စည်းပုံများဖြင့် InGaAs photodetector များ၏ ထုတ်လုပ်ခြင်းလုပ်ငန်းစဉ်နှင့် ကုန်ကျစရိတ်တွင် သိသာထင်ရှားသော ကွာခြားချက်များရှိပြီး စက်ပစ္စည်းစွမ်းဆောင်ရည်တွင်လည်း ကြီးမားသော ကွာခြားချက်များရှိသည်။
InGaAs သတ္တု-တစ်ပိုင်းလျှပ်ကူးပစ္စည်း-သတ္တုဓာတ်ပုံရှာဖွေကိရိယာပုံ (က) တွင်ပြထားသည်မှာ Schottky junction ကိုအခြေခံသည့် အထူးဖွဲ့စည်းပုံတစ်ခုဖြစ်သည်။ ၁၉၉၂ ခုနှစ်တွင် Shi နှင့်အဖွဲ့သည် epitaxy အလွှာများကြီးထွားစေရန် low pressure metal-organic vapor phase epitaxy နည်းပညာ (LP-MOVPE) ကို အသုံးပြုခဲ့ပြီး 1.3 μm wavelength တွင် 0.42 A/W ၏ မြင့်မားသော responsiveness နှင့် 1.5 V တွင် 5.6 pA/ μm² ထက်နိမ့်သော dark current ရှိသော InGaAs MSM photodetector ကို ပြင်ဆင်ခဲ့သည်။ ၁၉၉၆ ခုနှစ်တွင် zhang နှင့်အဖွဲ့သည် InAlAs-InGaAs-InP epitaxy အလွှာကိုကြီးထွားစေရန် gas phase molecular beam epitaxy (GSMBE) ကို အသုံးပြုခဲ့သည်။ InAlAs အလွှာသည် မြင့်မားသော resistivity လက္ခဏာများကိုပြသခဲ့ပြီး X-ray diffraction တိုင်းတာခြင်းဖြင့် ကြီးထွားမှုအခြေအနေများကို အကောင်းဆုံးဖြစ်အောင်ပြုလုပ်ခဲ့သောကြောင့် InGaAs နှင့် InAlAs အလွှာများအကြား lattice mismatch သည် 1×10⁻³ အတွင်းတွင်ရှိသည်။ ၎င်းက 10 V တွင် 0.75 pA/μm² အောက်ရှိ မှောင်မိုက်လျှပ်စီးကြောင်းဖြင့် စက်ပစ္စည်းစွမ်းဆောင်ရည်ကို အကောင်းဆုံးဖြစ်စေပြီး 5 V တွင် 16 ps အထိ မြန်ဆန်သော ယာယီတုံ့ပြန်မှုကို ရရှိစေသည်။ ယေဘုယျအားဖြင့် MSM ဖွဲ့စည်းပုံ ဓာတ်ပုံရှာဖွေကိရိယာသည် ရိုးရှင်းပြီး ပေါင်းစပ်ရလွယ်ကူပြီး မှောင်မိုက်လျှပ်စီးကြောင်းနည်းပါးခြင်း (pA အစီအစဉ်) ကို ပြသသော်လည်း သတ္တုလျှပ်ကူးပစ္စည်းသည် စက်ပစ္စည်း၏ ထိရောက်သောအလင်းစုပ်ယူမှုဧရိယာကို လျှော့ချပေးသောကြောင့် တုံ့ပြန်မှုသည် အခြားဖွဲ့စည်းပုံများထက် နိမ့်ကျပါသည်။
InGaAs PIN photodetector သည် ပုံ (ခ) တွင်ပြထားသည့်အတိုင်း P-type contact layer နှင့် N-type contact layer အကြားတွင် intrinsic layer တစ်ခုကို ထည့်သွင်းထားပြီး၊ ၎င်းသည် depletion region ၏ အကျယ်ကို တိုးစေပြီး electron-hole အတွဲများကို ပိုမိုဖြာထွက်စေပြီး photocurrent ပိုကြီးသော photocurrent ကို ဖွဲ့စည်းပေးသောကြောင့် electron conduction စွမ်းဆောင်ရည် အလွန်ကောင်းမွန်ပါသည်။ ၂၀၀၇ ခုနှစ်တွင် A.Poloczek et al. သည် မျက်နှာပြင်ကြမ်းတမ်းမှုကို မြှင့်တင်ရန်နှင့် Si နှင့် InP အကြား lattice mismatch ကို ကျော်လွှားရန် အပူချိန်နိမ့် buffer layer တစ်ခုကို ကြီးထွားစေရန် MBE ကို အသုံးပြုခဲ့သည်။ MOCVD ကို InP substrate ပေါ်တွင် InGaAs PIN structure ကို ပေါင်းစပ်ရန် အသုံးပြုခဲ့ပြီး device ၏ responsiveness မှာ 0.57A /W ခန့်ရှိသည်။ ၂၀၁၁ ခုနှစ်တွင် Army Research Laboratory (ALR) သည် လမ်းကြောင်းပြခြင်း၊ အတားအဆီး/တိုက်မိမှုရှောင်ရှားခြင်းနှင့် လူမဲ့မြေပြင်ယာဉ်ငယ်များအတွက် အနီးကပ်ပစ်မှတ်ရှာဖွေခြင်း/ခွဲခြားသတ်မှတ်ခြင်းအတွက် liDAR imager ကိုလေ့လာရန် PIN photodetector များကို အသုံးပြုခဲ့ပြီး InGaAs PIN photodetector ၏ signal-to-noise ratio ကို သိသိသာသာတိုးတက်စေသည့် ကုန်ကျစရိတ်နည်းသော microwave amplifier chip နှင့် ပေါင်းစပ်ထားသည်။ ဤအခြေခံဖြင့် ၂၀၁၂ ခုနှစ်တွင် ALR သည် ၅၀ မီတာထက်ပိုသော ထောက်လှမ်းအကွာအဝေးနှင့် ၂၅၆ × ၁၂၈ resolution ရှိသော စက်ရုပ်များအတွက် ဤ liDAR ပုံရိပ်စက်ကို အသုံးပြုခဲ့သည်။
အင်ဂါအက်စ်များနှင်းထုပြိုကျမှု ဓာတ်ပုံထောက်လှမ်းကိရိယာသည် gain ပါသော photodetector တစ်မျိုးဖြစ်ပြီး ၎င်း၏ဖွဲ့စည်းပုံကို ပုံ (ဂ) တွင်ပြထားသည်။ electron-hole pair သည် doubling region အတွင်းရှိ electric field ၏လုပ်ဆောင်ချက်အောက်တွင် လုံလောက်သောစွမ်းအင်ကိုရရှိပြီး atom နှင့်တိုက်မိကာ electron-hole pair အသစ်တွေထုတ်လုပ်ကာ avalanche effect ဖြစ်ပေါ်စေပြီး ပစ္စည်းရှိ non-equilibrium carriers များကို များပြားစေသည်။ ၂၀၁၃ ခုနှစ်တွင် George M သည် MBE ကိုအသုံးပြု၍ InP substrate ပေါ်တွင် lattice matched InGaAs နှင့် InAlAs alloys များကို စိုက်ပျိုးခဲ့ပြီး alloy ဖွဲ့စည်းပုံ၊ epitaxial layer thickness နှင့် modulated carrier energy ကို doping ပြုလုပ်ခြင်းဖြင့် electroshock ionization ကိုအမြင့်ဆုံးဖြစ်စေပြီး hole ionization ကိုအနည်းဆုံးဖြစ်စေသည်။ equivalent output signal gain တွင် APD သည် noise နည်းပါးပြီး dark current နည်းပါးကြောင်းပြသသည်။ ၂၀၁၆ ခုနှစ်တွင် Sun Jianfeng နှင့်အဖွဲ့သည် InGaAs avalanche photodetector ကိုအခြေခံ၍ 1570 nm laser active imaging experimental platform တစ်စုံကိုတည်ဆောက်ခဲ့သည်။ အတွင်းပိုင်း circuit သည်APD အလင်းရှာဖွေကိရိယာပဲ့တင်သံများကို လက်ခံရရှိပြီး ဒစ်ဂျစ်တယ်အချက်ပြမှုများကို တိုက်ရိုက်ထုတ်ပေးသောကြောင့် စက်ပစ္စည်းတစ်ခုလုံးကို ကျစ်လျစ်စေသည်။ စမ်းသပ်မှုရလဒ်များကို ပုံ (ဃ) နှင့် (င) တွင် ပြသထားသည်။ ပုံ (ဃ) သည် ပုံရိပ်ဖော်ပစ်မှတ်၏ ရုပ်ပိုင်းဆိုင်ရာဓာတ်ပုံဖြစ်ပြီး ပုံ (င) သည် သုံးဖက်မြင်အကွာအဝေးပုံရိပ်ဖြစ်သည်။ ဧရိယာ c ၏ ဝင်းဒိုးဧရိယာသည် ဧရိယာ A နှင့် b နှင့် အကွာအဝေးအတိုင်းအတာတစ်ခုရှိကြောင်း ရှင်းရှင်းလင်းလင်းမြင်နိုင်သည်။ ပလက်ဖောင်းသည် pulse width 10 ns ထက်နည်းသည်၊ single pulse energy (1 ~ 3) mJ ချိန်ညှိနိုင်သည်၊ receiving lens field Angle 2°၊ repetition frequency 1 kHz၊ detector duty ratio 60% ခန့်ကို လက်ခံရရှိသည်။ APD ၏ internal photocurrent gain၊ မြန်ဆန်သောတုံ့ပြန်မှု၊ ကျစ်လျစ်သောအရွယ်အစား၊ တာရှည်ခံမှုနှင့် ကုန်ကျစရိတ်နည်းပါးမှုကြောင့် APD photodetector များသည် PIN photodetector များထက် ထောက်လှမ်းမှုနှုန်းတွင် အဆပေါင်းများစွာပိုမိုမြင့်မားနိုင်သောကြောင့် လက်ရှိ mainstream liDAR သည် avalanche photodetector များက အဓိကလွှမ်းမိုးထားသည်။
အလုံးစုံသော်၊ ပြည်တွင်းပြည်ပတွင် InGaAs ပြင်ဆင်မှုနည်းပညာ အလျင်အမြန် ဖွံ့ဖြိုးတိုးတက်လာမှုနှင့်အတူ၊ ကျွန်ုပ်တို့သည် MBE၊ MOCVD၊ LPE နှင့် အခြားနည်းပညာများကို ကျွမ်းကျင်စွာ အသုံးပြု၍ InP အလွှာပေါ်တွင် ဧရိယာကျယ်ကျယ်ရှိ အရည်အသွေးမြင့် InGaAs epitaxial အလွှာကို ပြင်ဆင်နိုင်ပါသည်။ InGaAs photodetectors များသည် မှောင်မိုက်လျှပ်စီးကြောင်းနည်းပါးပြီး တုံ့ပြန်မှုမြင့်မားကာ၊ အနိမ့်ဆုံး မှောင်မိုက်လျှပ်စီးကြောင်းသည် 0.75 pA/μm² ထက်နိမ့်ပြီး အမြင့်ဆုံးတုံ့ပြန်မှုမှာ 0.57 A/W အထိရှိပြီး မြန်ဆန်သော transient response (ps order) ရှိသည်။ InGaAs photodetectors များ၏ အနာဂတ်ဖွံ့ဖြိုးတိုးတက်မှုသည် အောက်ပါရှုထောင့်နှစ်ခုကို အာရုံစိုက်ပါမည်- (1) InGaAs epitaxial အလွှာကို Si အလွှာပေါ်တွင် တိုက်ရိုက်ကြီးထွားစေသည်။ လက်ရှိတွင်၊ ဈေးကွက်ရှိ microelectronic devices အများစုသည် Si ကိုအခြေခံပြီး InGaAs နှင့် Si ကိုအခြေခံသည့် နောက်ဆက်တွဲပေါင်းစပ်ဖွံ့ဖြိုးတိုးတက်မှုသည် ယေဘုယျလမ်းကြောင်းဖြစ်သည်။ lattice mismatch နှင့် thermal expansion coefficient ကွာခြားချက်ကဲ့သို့သော ပြဿနာများကို ဖြေရှင်းခြင်းသည် InGaAs/Si ကိုလေ့လာရာတွင် အရေးကြီးပါသည်။ (၂) 1550 nm wavelength နည်းပညာသည် ရင့်ကျက်ပြီးဖြစ်ပြီး တိုးချဲ့ထားသော wavelength (2.0 ~ 2.5) μm သည် အနာဂတ်သုတေသနဦးတည်ချက်ဖြစ်သည်။ In အစိတ်အပိုင်းများ တိုးလာခြင်းနှင့်အတူ InP substrate နှင့် InGaAs epitaxial layer အကြား lattice မကိုက်ညီမှုသည် ပိုမိုဆိုးရွားသော dislocation နှင့် defect များကို ဖြစ်ပေါ်စေနိုင်သောကြောင့် device process parameter များကို အကောင်းဆုံးဖြစ်အောင်လုပ်ရန်၊ lattice defect များကို လျှော့ချရန်နှင့် device dark current ကို လျှော့ချရန် လိုအပ်ပါသည်။
ပို့စ်တင်ချိန်: ၂၀၂၄ ခုနှစ်၊ မေလ ၆ ရက်