រចនាសម្ព័ន្ធនៃឧបករណ៍ចាប់រូបភាព InGaAs
ចាប់តាំងពីទសវត្សរ៍ឆ្នាំ 1980 អ្នកស្រាវជ្រាវក្នុងប្រទេស និងក្រៅប្រទេសបានសិក្សាពីរចនាសម្ព័នរបស់ឧបករណ៍ចាប់រូបភាព InGaAs ដែលភាគច្រើនត្រូវបានបែងចែកជាបីប្រភេទ។ ពួកវាគឺ InGaAs metal-Semiconductor-metal photodetector (MSM-PD), InGaAs PIN Photodetector (PIN-PD) និង InGaAs Avalanche Photodetector (APD-PD)។ មានភាពខុសប្លែកគ្នាយ៉ាងសំខាន់ក្នុងដំណើរការផលិត និងតម្លៃនៃឧបករណ៍ចាប់រូបភាព InGaAs ដែលមានរចនាសម្ព័ន្ធខុសៗគ្នា ហើយក៏មានភាពខុសប្លែកគ្នាយ៉ាងខ្លាំងនៅក្នុងដំណើរការឧបករណ៍ផងដែរ។
InGaAs លោហៈ- semiconductor-metalឧបករណ៍ចាប់រូបភាពបង្ហាញក្នុងរូបភាព (a) គឺជារចនាសម្ព័ន្ធពិសេសមួយដោយផ្អែកលើប្រសព្វ Schottky ។ នៅឆ្នាំ 1992 Shi et al ។ បានប្រើបច្ចេកវិជ្ជាអេពីតាស៊ីដំណាក់កាលនៃចំហាយលោហធាតុសរីរាង្គសម្ពាធទាប (LP-MOVPE) ដើម្បីពង្រីកស្រទាប់អេពីតាស៊ី និងរៀបចំឧបករណ៍ចាប់រូបភាព InGaAs MSM ដែលមានប្រតិកម្មខ្ពស់ 0.42 A/W នៅរលកចម្ងាយ 1.3 μm និងចរន្តងងឹតទាបជាង 5.6 pA/ μm²នៅ 1.5 V. ក្នុងឆ្នាំ 1996 zhang et al ។ បានប្រើដំណាក់កាលឧស្ម័នអេពីតាស៊ីនៃធ្នឹមម៉ូលេគុល (GSMBE) ដើម្បីពង្រីកស្រទាប់អេពីតាស៊ី InAlAs-InGaAs-InP ។ ស្រទាប់ InAlAs បានបង្ហាញពីលក្ខណៈធន់ទ្រាំខ្ពស់ ហើយលក្ខខណ្ឌលូតលាស់ត្រូវបានធ្វើឱ្យប្រសើរដោយការវាស់ស្ទង់ពន្លឺកាំរស្មីអ៊ិច ដូច្នេះបន្ទះឈើមិនត្រូវគ្នារវាងស្រទាប់ InGaAs និង InAlAs ស្ថិតក្នុងចន្លោះ 1×10⁻³។ លទ្ធផលនេះនាំឱ្យដំណើរការឧបករណ៍ប្រសើរឡើងជាមួយនឹងចរន្តងងឹតក្រោម 0.75 pA/μm² នៅ 10 V និងការឆ្លើយតបរហ័សរហូតដល់ 16 ps នៅ 5 V. សរុបមក ឧបករណ៍ចាប់រូបភាពរចនាសម្ព័ន្ធ MSM គឺសាមញ្ញ និងងាយស្រួលក្នុងការរួមបញ្ចូល ដោយបង្ហាញចរន្តងងឹតទាប (pA order) ប៉ុន្តែអេឡិចត្រូតដែកនឹងកាត់បន្ថយតំបន់ស្រូបយកពន្លឺដ៏មានប្រសិទ្ធភាពនៃឧបករណ៍ ដូច្នេះការឆ្លើយតបគឺទាបជាងរចនាសម្ព័ន្ធផ្សេងទៀត។
ឧបករណ៍ចាប់រូបភាព PIN InGaAs បញ្ចូលស្រទាប់ខាងក្នុងរវាងស្រទាប់ទំនាក់ទំនងប្រភេទ P និងស្រទាប់ទំនាក់ទំនងប្រភេទ N ដូចបង្ហាញក្នុងរូបភាព (ខ) ដែលបង្កើនទទឹងនៃតំបន់ depletion ដូច្នេះបញ្ចេញគូរន្ធអេឡិចត្រុងកាន់តែច្រើន និងបង្កើតជា photocurrent ធំជាងដូច្នេះវាមានដំណើរការល្អនៃចរន្តអេឡិចត្រុង។ នៅឆ្នាំ 2007 A.Poloczek et al ។ បានប្រើ MBE ដើម្បីពង្រីកស្រទាប់ទ្រនាប់ដែលមានសីតុណ្ហភាពទាប ដើម្បីបង្កើនភាពរដុបលើផ្ទៃ និងយកឈ្នះភាពមិនស៊ីគ្នានៃបន្ទះឈើរវាង Si និង InP ។ MOCVD ត្រូវបានប្រើដើម្បីរួមបញ្ចូលរចនាសម្ព័ន្ធ PIN InGaAs នៅលើស្រទាប់ខាងក្រោម InP ហើយការឆ្លើយតបរបស់ឧបករណ៍គឺប្រហែល 0.57A/W ។ ក្នុងឆ្នាំ 2011 មន្ទីរពិសោធន៍ស្រាវជ្រាវកងទ័ព (ALR) បានប្រើឧបករណ៍ចាប់រូបភាពកូដ PIN ដើម្បីសិក្សាឧបករណ៍ចាប់រូបភាព liDAR សម្រាប់ការរុករក ការជៀសវាងឧបសគ្គ/ការប៉ះទង្គិច និងការរកឃើញ/កំណត់គោលដៅចម្ងាយខ្លីសម្រាប់យានជំនិះតូចៗដែលគ្មានមនុស្សបើក ដោយរួមបញ្ចូលជាមួយបន្ទះឈីបមីក្រូវ៉េវដែលមានតម្លៃថោក។ ធ្វើអោយប្រសើរឡើងយ៉ាងខ្លាំងនូវសមាមាត្រសញ្ញាទៅសំលេងរំខាននៃឧបករណ៍ចាប់សញ្ញា PIN InGaAs ។ ផ្អែកលើមូលដ្ឋាននេះ ក្នុងឆ្នាំ 2012 ALR បានប្រើកម្មវិធីរូបភាព liDAR នេះសម្រាប់មនុស្សយន្តដែលមានជួររាវរកលើសពី 50 ម៉ែត្រ និងគុណភាពបង្ហាញ 256 × 128 ។
InGaAsឧបករណ៍ចាប់រូបភាព avalancheគឺជាប្រភេទឧបករណ៍ចាប់រូបភាពដែលមានការចំណេញដែលមានរចនាសម្ព័ន្ធដែលបង្ហាញក្នុងរូបភាព (គ)។ គូរន្ធអេឡិចត្រុងទទួលបានថាមពលគ្រប់គ្រាន់ ក្រោមសកម្មភាពនៃវាលអគ្គិសនីនៅខាងក្នុងតំបន់ទ្វេ ដើម្បីប៉ះទង្គិចជាមួយអាតូម បង្កើតគូរន្ធអេឡិចត្រុងថ្មី បង្កើតជាឥទ្ធិពល avalanche និងគុណអ្នកដឹកជញ្ជូនដែលមិនមានលំនឹងនៅក្នុងសម្ភារៈ។ . ក្នុងឆ្នាំ 2013 លោក George M បានប្រើ MBE ដើម្បីដាំបន្ទះឈើដែលផ្គូផ្គងនឹង InGaAs និង InAlAs alloys នៅលើស្រទាប់ខាងក្រោម InP ដោយប្រើការផ្លាស់ប្តូរសមាសភាពយ៉ាន់ស្ព័រ កម្រាស់ស្រទាប់ epitaxial និងសារធាតុ doping ទៅនឹងថាមពលក្រុមហ៊ុនដឹកជញ្ជូនដែលបានកែប្រែដើម្បីបង្កើនអ៊ីយ៉ូដ electroshock ខណៈពេលដែលកាត់បន្ថយអ៊ីយ៉ូដរន្ធ។ នៅឯការកើនឡើងនៃសញ្ញាទិន្នផលសមមូល APD បង្ហាញសំលេងរំខានទាប និងចរន្តងងឹតទាប។ ក្នុងឆ្នាំ 2016 Sun Jianfeng et al ។ បានបង្កើតសំណុំនៃវេទិកាពិសោធន៍រូបភាពសកម្មឡាស៊ែរ 1570 nm ដោយផ្អែកលើ InGaAs avalanche photodetector ។ សៀគ្វីខាងក្នុងរបស់ឧបករណ៍ចាប់រូបភាព APDបានទទួលអេកូ និងបញ្ចេញសញ្ញាឌីជីថលដោយផ្ទាល់ ដែលធ្វើឱ្យឧបករណ៍ទាំងមូលបង្រួម។ លទ្ធផលពិសោធន៍ត្រូវបានបង្ហាញក្នុងរូបភព។ (d) និង (e) ។ រូបភាព (d) គឺជារូបភាពរូបវន្តនៃគោលដៅរូបភាព ហើយរូបភាព (e) គឺជារូបភាពចម្ងាយបីវិមាត្រ។ វាអាចត្រូវបានគេមើលឃើញយ៉ាងច្បាស់ថាផ្ទៃបង្អួចនៃផ្ទៃ c មានចម្ងាយជម្រៅជាក់លាក់ជាមួយតំបន់ A និង b ។ វេទិកាដឹងអំពីទទឹងជីពចរតិចជាង 10 ns ថាមពលជីពចរតែមួយ (1 ~ 3) mJ ដែលអាចលៃតម្រូវបាន កន្លែងទទួលកញ្ចក់មុំ 2° ប្រេកង់ពាក្យដដែលៗនៃ 1 kHz សមាមាត្រកាតព្វកិច្ចឧបករណ៍ចាប់ប្រហែល 60% ។ អរគុណចំពោះការកើនឡើងនៃ photocurrent ខាងក្នុងរបស់ APD ការឆ្លើយតបរហ័ស ទំហំបង្រួម ភាពធន់ និងតម្លៃទាប ឧបករណ៍ចាប់រូបភាព APD អាចជាលំដាប់នៃអត្រានៃការរកឃើញខ្ពស់ជាងឧបករណ៍ចាប់រូបភាព PIN ដូច្នេះ LiDAR ចរន្តបច្ចុប្បន្នត្រូវបានគ្របដណ្ដប់ជាចម្បងដោយ avalanche photodetectors ។
សរុបមក ជាមួយនឹងការអភិវឌ្ឍន៍យ៉ាងឆាប់រហ័សនៃបច្ចេកវិទ្យារៀបចំ InGaAs ទាំងក្នុង និងក្រៅប្រទេស យើងអាចប្រើប្រាស់ MBE, MOCVD, LPE និងបច្ចេកវិទ្យាផ្សេងទៀតយ៉ាងប៉ិនប្រសប់ដើម្បីរៀបចំស្រទាប់ InGaAs epitaxial ដែលមានគុណភាពខ្ពស់នៅលើស្រទាប់ខាងក្រោម InP ។ InGaAs photodetectors បង្ហាញចរន្តងងឹតទាប និងការឆ្លើយតបខ្ពស់ ចរន្តងងឹតទាបបំផុតគឺទាបជាង 0.75 pA/μm² ការឆ្លើយតបអតិបរមាគឺរហូតដល់ 0.57 A/W និងមានការឆ្លើយតបរហ័ស (ps order)។ ការអភិវឌ្ឍន៍នាពេលអនាគតរបស់ InGaAs photodetectors នឹងផ្តោតលើទិដ្ឋភាពពីរខាងក្រោម៖ (1) InGaAs epitaxial layer ត្រូវបានដាំដុះដោយផ្ទាល់នៅលើស្រទាប់ខាងក្រោម Si ។ នាពេលបច្ចុប្បន្ននេះ ឧបករណ៍មីក្រូអេឡិចត្រូនិចភាគច្រើននៅលើទីផ្សារគឺផ្អែកលើ Si ហើយការអភិវឌ្ឍន៍រួមបញ្ចូលគ្នាជាបន្តបន្ទាប់នៃ InGaAs និង Si ដែលមានមូលដ្ឋានលើគឺជានិន្នាការទូទៅ។ ការដោះស្រាយបញ្ហាដូចជាភាពមិនស៊ីគ្នានៃបន្ទះឈើ និងភាពខុសគ្នានៃមេគុណការពង្រីកកម្ដៅគឺមានសារៈសំខាន់សម្រាប់ការសិក្សាអំពី InGaAs/Si; (2) បច្ចេកវិទ្យារលកចម្ងាយ 1550 nm មានភាពចាស់ទុំហើយ រលកពង្រីក (2.0 ~ 2.5) μm គឺជាទិសដៅស្រាវជ្រាវនាពេលអនាគត។ ជាមួយនឹងការកើនឡើងនៃសមាសធាតុ ភាពមិនស៊ីគ្នានៃបន្ទះឈើរវាងស្រទាប់ខាងក្រោម InP និង InGaAs ស្រទាប់ epitaxial នឹងនាំឱ្យមានការផ្លាស់ទីលំនៅ និងពិការភាពធ្ងន់ធ្ងរជាងមុន ដូច្នេះវាចាំបាច់ក្នុងការបង្កើនប្រសិទ្ធភាពប៉ារ៉ាម៉ែត្រដំណើរការឧបករណ៍ កាត់បន្ថយពិការភាពបន្ទះឈើ និងកាត់បន្ថយចរន្តងងឹតរបស់ឧបករណ៍។
ពេលវេលាផ្សាយ៖ ឧសភា-០៦-២០២៤