ဖွဲ့စည်းပုံInGaAs ဓာတ်ပုံထောက်လှမ်းကိရိယာ
1980 ခုနှစ်များမှစ၍ ပြည်တွင်းပြည်ပမှ သုတေသီများသည် InGaAs photodetectors ၏ဖွဲ့စည်းပုံကို လေ့လာခဲ့ပြီး အမျိုးအစားသုံးမျိုးခွဲကာ အဓိကအားဖြင့် ခွဲခြားထားသည်။ ၎င်းတို့မှာ InGaAs metal-Semiconductor-metal photodetector (MSM-PD), InGaAs PIN Photodetector (PIN-PD) နှင့် InGaAs Avalanche Photodetector (APD-PD) တို့ဖြစ်သည်။ ကွဲပြားသောဖွဲ့စည်းပုံများဖြင့် InGaAs photodetectors များ၏ တီထွင်ဖန်တီးမှုလုပ်ငန်းစဉ်နှင့် ကုန်ကျစရိတ်တို့မှာ သိသာထင်ရှားသော ကွာခြားချက်များရှိပြီး စက်ပစ္စည်းစွမ်းဆောင်ရည်တွင်လည်း များစွာကွာခြားချက်များရှိပါသည်။
InGaAs သတ္တု-တစ်ပိုင်းလျှပ်ကူးတာ-သတ္တုဓာတ်ပုံထောက်လှမ်းကိရိယာပုံ (က) တွင်ပြသထားသည့်၊ သည် Schottky လမ်းဆုံကိုအခြေခံသည့် အထူးဖွဲ့စည်းပုံဖြစ်သည်။ 1992 ခုနှစ်တွင် Shi et al ။ လှိုင်းအလျား 1.3 μm နှင့် 5.6 pA/ μm² တွင် 1.5 V တွင် မြင့်မားသောတုံ့ပြန်မှုရှိသော 0.42 A/W ရှိသော လှိုင်းအလျား 0.42 A/W နှင့် 5.6 pA/ μm² တွင် zhang 199 al, တွင် 5.6 pA/ μm² ထက်နိမ့်သော မှောင်သောလျှပ်စီးကြောင်းထက်နိမ့်သော မှောင်သောလျှပ်စီးကြောင်းအောက်နိမ့်သော သတ္တု-အော်ဂဲနစ်အငွေ့အဆင့် (LP-MOVPE) နည်းပညာ (LP-MOVPE) ကို အသုံးပြုခဲ့သည်။ InAlAs-InGaAs-InP epitaxy အလွှာကို ကြီးထွားရန် ဓာတ်ငွေ့အဆင့် မော်လီကျူး အလင်းတန်း epitaxy (GSMBE) ကို အသုံးပြုခဲ့သည်။ InAlAs အလွှာသည် မြင့်မားသောခံနိုင်ရည်လက္ခဏာများကိုပြသခဲ့ပြီး ကြီးထွားမှုအခြေအနေများကို X-ray diffraction တိုင်းတာခြင်းဖြင့် အကောင်းဆုံးဖြစ်အောင်ပြုလုပ်ခဲ့သည်၊ ထို့ကြောင့် InGaAs နှင့် InAlAs အလွှာကြားရှိ ရာဇမတ်ကွက်များသည် 1×10⁻³ အကွာအဝေးအတွင်း၌ ရှိနေစေရန်။ ၎င်းသည် 10 V တွင် 0.75 pA/μm² အောက် မှောင်နေသော လျှပ်စီးကြောင်းဖြင့် ပိုမိုကောင်းမွန်အောင်ပြုလုပ်ထားသော စက်ပစ္စည်း၏စွမ်းဆောင်ရည်ကို 10 V တွင် 16 ps တွင် 5 V အထိ အမြန်တုံ့ပြန်မှုဖြစ်စေသည်။ တစ်ခုလုံးတွင်၊ MSM ဖွဲ့စည်းတည်ဆောက်ပုံဓာတ်ပုံdetector သည် ရိုးရှင်းပြီး ပေါင်းစပ်ရလွယ်ကူသည်၊ မှောင်သောလျှပ်စီးကြောင်း (pA အမိန့်) ကိုပြသထားသော်လည်း သတ္တုလျှပ်ကူးပစ္စည်းသည် စက်၏ထိရောက်သောအလင်းစုပ်ယူမှုဧရိယာကို လျှော့ချပေးသည်၊ ထို့ကြောင့် တုံ့ပြန်မှုတည်ဆောက်ပုံထက် နိမ့်သည်။
InGaAs PIN photodetector သည် ပုံ (b) တွင်ပြထားသည့်အတိုင်း P-type contact layer နှင့် N-type contact layer အကြား ပင်ကိုယ်အလွှာကို ဖြည့်သွင်းထားပြီး depletion area ၏ width ကိုတိုးစေပြီး electron-hole pairs များကို ပိုမိုဖြာထွက်ကာ ပိုကြီးသော photocurrent အဖြစ်ဖန်တီးပေးသောကြောင့် ၎င်းတွင် အလွန်ကောင်းမွန်သော အီလက်ထရွန် conduction စွမ်းဆောင်ရည်ရှိသည်။ 2007 ခုနှစ်တွင် A.Poloczek et al. မျက်နှာပြင် ကြမ်းတမ်းမှုနှင့် Si နှင့် InP အကြား ရာဇမတ်ကွက် မကိုက်ညီမှုကို ကျော်လွှားရန် MBE ကို အသုံးပြုခဲ့သည်။ MOCVD အား InGaAs PIN တည်ဆောက်ပုံအား InP အလွှာပေါ်တွင် ပေါင်းစပ်ရန် အသုံးပြုထားပြီး စက်ပစ္စည်း၏ တုံ့ပြန်မှုမှာ 0.57A/W ခန့်ဖြစ်သည်။ 2011 ခုနှစ်တွင် တပ်မတော်သုတေသနဓာတ်ခွဲခန်း (ALR) သည် လမ်းကြောင်းပြခြင်း၊ အတားအဆီး/တိုက်မိခြင်းများကို ရှောင်ရှားရန်နှင့် မောင်းသူမဲ့မြေပြင်ယာဉ်ငယ်များအတွက် တိုတောင်းသောပစ်မှတ်ရှာဖွေခြင်း/သတ်မှတ်ခြင်းအတွက် ပင်နံပါတ်ဓာတ်ပုံdetectors များကို အသုံးပြုကာ PIN ၏ signal-to-noise ratio ကို သိသာထင်ရှားစွာမြှင့်တင်ပေးသည့် PIN-to-noise ratio ကို ပိုမိုကောင်းမွန်စေပါသည်။ ဤအခြေခံအားဖြင့် 2012 ခုနှစ်တွင် ALR သည် 50 m နှင့် 256 × 128 resolution ထက်ပိုသော ထောက်လှမ်းမှုအကွာအဝေးဖြင့် စက်ရုပ်များအတွက် ဤ liDAR imager ကို အသုံးပြုခဲ့သည်။
InGaAsနှင်းမုန်တိုင်း ဓါတ်ပုံဖမ်းစက်ပုံ (ဂ) တွင် ပြထားသည့် ပုံ (ဂ) တွင် ပြထားသည့် အမြတ်နှင့် အမြတ်ရှိသော photodetector တစ်မျိုးဖြစ်သည်။ အီလက်ထရွန်-အပေါက်အတွဲသည် အက်တမ်နှင့် တိုက်မိရန်အတွက် နှစ်ဆရှိသည့် ဧရိယာအတွင်းရှိ လျှပ်စစ်စက်ကွင်း၏လုပ်ဆောင်မှုအောက်တွင် လုံလောက်သောစွမ်းအင်ကို ရရှိသည်၊ ထို့ကြောင့် အီလက်ထရွန်အပေါက်အတွဲအသစ်များကို ထုတ်ပေးကာ နှင်းပြိုကျသည့်အကျိုးသက်ရောက်မှုကို ဖန်တီးကာ ပစ္စည်းရှိ မျှခြေမညီသောသယ်ဆောင်သူအား များပြားစေသည်။ 2013 ခုနှစ်တွင် George M သည် InGaAs နှင့် InAlAs နှင့်ကိုက်ညီသော InP အလွှာပေါ်ရှိ ရာဇမတ်ကွက်များကြီးထွားရန်အတွက် MBE ကိုအသုံးပြုကာ သတ္တုစပ်ဖွဲ့စည်းပုံ၊ epitaxial အလွှာအထူနှင့် အပေါက်အိုင်းယွန်းဖြစ်ခြင်းတို့ကို လျှော့ချနေစဉ် electroshock ionization ပမာဏကို လျှော့ချနေစဉ် electroshock ionization ကို အမြင့်ဆုံးဖြစ်အောင် doping ကိုအသုံးပြုခဲ့သည်။ ညီမျှသော output signal ရရှိမှုတွင်၊ APD သည် ဆူညံသံနှင့် အောက်မှောင်သော လျှပ်စီးကြောင်းကို ပြသသည်။ 2016 ခုနှစ်တွင် Sun Jianfeng et al ။ InGaAs avalanche photodetector ကို အခြေခံ၍ 1570 nm လေဆာ တက်ကြွသော ပုံရိပ်ဖော် စမ်းသပ်သည့် ပလပ်ဖောင်းတစ်ခုကို တည်ဆောက်ခဲ့သည်။ အတွင်းပတ်လမ်းAPD ဓာတ်ပုံထောက်လှမ်းကိရိယာပဲ့တင်သံများကို လက်ခံရရှိပြီး ဒစ်ဂျစ်တယ်အချက်ပြမှုများကို တိုက်ရိုက်ထုတ်ပေးသောကြောင့် စက်တစ်ခုလုံးကို ကျစ်လစ်စေပါသည်။ စမ်းသပ်မှုရလဒ်များကို FIG တွင်ပြသထားသည်။ (ဃ) နှင့် (င)။ ပုံ (ဃ) သည် ပုံသဏ္ဍာန်ပစ်မှတ်၏ ရုပ်ပိုင်းဆိုင်ရာဓာတ်ပုံဖြစ်ပြီး ပုံ (င) သည် သုံးဖက်မြင်အကွာအဝေးပုံဖြစ်သည်။ ဧရိယာ c ၏ ပြတင်းပေါက်ဧရိယာသည် ဧရိယာ A နှင့် b တို့နှင့် တိကျသော အကွာအဝေးရှိကြောင်း ရှင်းရှင်းလင်းလင်း သိမြင်နိုင်ပါသည်။ ပလက်ဖောင်းသည် သွေးခုန်နှုန်း အကျယ်ကို 10 ns ထက်နည်းသော၊ တစ်ခုတည်းသော သွေးခုန်နှုန်း စွမ်းအင် (1 ~ 3) mJ ချိန်ညှိနိုင်သော၊ 2° လက်ခံသည့် မှန်ဘီလူးအကွက်ထောင့်၊ ထပ်ခါတလဲလဲ အကြိမ်ရေ 1 kHz၊ ထောက်လှမ်းမှု အချိုးအစား 60% ခန့်။ APD ၏အတွင်းပိုင်းဓာတ်ပုံလက်ရှိရရှိမှု၊ လျင်မြန်စွာတုံ့ပြန်မှု၊ ကျစ်လစ်သောအရွယ်အစား၊ တာရှည်ခံမှုနှင့် ကုန်ကျစရိတ်နည်းပါးခြင်းကြောင့်၊ APD photodetectors များသည် PIN photodetectors များထက် ထောက်လှမ်းမှုနှုန်းပိုမိုမြင့်မားသောအတိုင်းအတာတစ်ခုဖြစ်ပြီး၊ ထို့ကြောင့် လက်ရှိ mainstream liDAR ကို avalanche photodetectors များက အဓိကလွှမ်းမိုးထားသည်။
ယေဘုယျအားဖြင့်၊ ပြည်တွင်းပြည်ပရှိ InGaAs ပြင်ဆင်မှုနည်းပညာ၏ လျင်မြန်စွာ ဖွံ့ဖြိုးတိုးတက်လာမှုနှင့်အတူ၊ ကျွန်ုပ်တို့သည် InP substrate ရှိ အရည်အသွေးမြင့် InGaAs epitaxial အလွှာကို ပြင်ဆင်ရန်အတွက် MBE၊ MOCVD၊ LPE နှင့် အခြားနည်းပညာများကို ကျွမ်းကျင်စွာ အသုံးပြုနိုင်ပါသည်။ InGaAs photodetectors သည် အနိမ့်ဆုံးမှောင်သောလျှပ်စီးကြောင်းနှင့် တုံ့ပြန်မှုမြင့်မားသည်ကိုပြသသည်၊ အနိမ့်ဆုံးမှောင်သောလျှပ်စီးကြောင်းသည် 0.75 pA/μm² ထက်နိမ့်သည်၊ အမြင့်ဆုံးတုံ့ပြန်နိုင်မှုမှာ 0.57 A/W အထိရှိပြီး အမြန်တုံ့ပြန်မှု (ps order) ရှိသည်။ InGaAs photodetectors ၏အနာဂတ်ဖွံ့ဖြိုးတိုးတက်မှုသည်အောက်ပါအချက်နှစ်ချက်ကိုအာရုံစိုက်လိမ့်မည်- (1) InGaAs epitaxial အလွှာသည် Si substrate ပေါ်တွင်တိုက်ရိုက်ကြီးထွားလာသည်။ လက်ရှိတွင်၊ စျေးကွက်ရှိ မိုက်ခရိုအီလက်ထရွန်းနစ်စက်ပစ္စည်းအများစုသည် Si အခြေပြုဖြစ်ပြီး InGaAs နှင့် Si အခြေပြု ပေါင်းစပ်ဖွံ့ဖြိုးတိုးတက်မှုသည် ယေဘုယျလမ်းကြောင်းဖြစ်သည်။ InGaAs/Si လေ့လာမှုအတွက် အရေးပါသော ကွက်လပ်နှင့် အပူချဲ့ကိန်း ကွာခြားချက် ကဲ့သို့သော ပြဿနာများကို ဖြေရှင်းရန်မှာ အရေးကြီးပါသည်။ (၂) 1550 nm လှိုင်းအလျားနည်းပညာသည် ရင့်ကျက်ပြီး လှိုင်းအလျား (2.0 ~ 2.5) μm သည် အနာဂတ် သုတေသနလမ်းညွှန်ချက်ဖြစ်သည်။ In components များတိုးလာခြင်းဖြင့် InP substrate နှင့် InGaAs epitaxial အလွှာကြားရှိ ရာဇမတ်ကွက်မညီမှုသည် ပိုမိုပြင်းထန်သောအရွေ့နှင့် ချို့ယွင်းချက်များဆီသို့ ဦးတည်သွားမည်ဖြစ်ပြီး၊ ထို့ကြောင့် စက်၏လုပ်ငန်းစဉ်ဘောင်များကို အကောင်းဆုံးဖြစ်အောင်၊ ရာဇမတ်ကွက်ချွတ်ယွင်းချက်များကို လျှော့ချရန်နှင့် device dark current ကိုလျှော့ချရန် လိုအပ်ပါသည်။
စာတိုက်အချိန်- မေလ-၀၆-၂၀၂၄