StruktūraInGaAs fotodetektorius
Nuo devintojo dešimtmečio mokslininkai namuose ir užsienyje tyrė InGaAs fotodetektorių struktūrą, kuri daugiausia skirstoma į tris tipus. Tai yra InGaAs metalo-puslaidininkio-metalo fotodetektorius (MSM-PD), InGaAs PIN fotodetektorius (PIN-PD) ir InGaAs lavinos fotodetektorius (APD-PD). Skirtingų struktūrų InGaAs fotodetektorių gamybos procesas ir kaina labai skiriasi, taip pat labai skiriasi įrenginio veikimas.
InGaAs metalas-puslaidininkis-metalasfotodetektoriumi, parodyta a paveiksle, yra speciali struktūra, pagrįsta Schottky sankryža. 1992 metais Shi ir kt. naudojo žemo slėgio metalo-organinės garų fazės epitaksijos technologiją (LP-MOVPE) epitaksiniams sluoksniams auginti ir paruošė InGaAs MSM fotodetektorių, kurio jautrumas yra 0,42 A/W, kai bangos ilgis yra 1,3 μm, o tamsioji srovė mažesnė nei 5,6 pA/ μm² esant 1,5 V. 1996 m. zhang ir kt. naudojo dujų fazės molekulinio pluošto epitaksiją (GSMBE), kad išaugintų InAlAs-InGaAs-InP epitaksijos sluoksnį. InAlAs sluoksnis pasižymėjo didelėmis varžos charakteristikomis, o augimo sąlygos buvo optimizuotos rentgeno spindulių difrakcijos matavimu, kad InGaAs ir InAlAs sluoksnių gardelės neatitikimas būtų 1 × 10⁻³ diapazone. Taip pasiekiamas optimalus įrenginio veikimas, kai tamsioji srovė yra mažesnė nei 0,75 pA/μm² esant 10 V įtampai ir greitas pereinamasis atsakas iki 16 ps esant 5 V. Apskritai MSM struktūros fotodetektorius yra paprastas ir lengvai integruojamas, rodantis mažą tamsiąją srovę (pA). tvarka), tačiau metalinis elektrodas sumažins efektyvų prietaiso šviesos sugerties plotą, todėl atsakas yra mažesnis nei kitų konstrukcijų.
InGaAs PIN fotodetektorius įterpia vidinį sluoksnį tarp P tipo kontaktinio sluoksnio ir N tipo kontaktinio sluoksnio, kaip parodyta b paveiksle, kuris padidina išeikvojimo srities plotį, taip išspinduliuodamas daugiau elektronų skylių porų ir sudarydamas didesnė foto srovė, todėl turi puikų elektronų laidumą. 2007 metais A.Poloczek ir kt. naudojo MBE žemos temperatūros buferiniam sluoksniui auginti, kad pagerintų paviršiaus šiurkštumą ir pašalintų gardelės neatitikimą tarp Si ir InP. MOCVD buvo naudojamas InGaAs PIN struktūrai integruoti į InP substratą, o įrenginio reagavimas buvo apie 0, 57 A / W. 2011 m. Armijos tyrimų laboratorija (ALR) naudojo PIN fotodetektorius, kad ištirtų liDAR vaizduoklį, skirtą navigacijai, kliūčių / susidūrimų išvengimui ir mažų nepilotuojamų antžeminių transporto priemonių mažų nuotolių taikinių aptikimui / identifikavimui, integruotam su pigiu mikrobangų stiprintuvo lustu, žymiai pagerino InGaAs PIN fotodetektoriaus signalo ir triukšmo santykį. Tuo remdamasis 2012 m. ALR naudojo šį liDAR vaizdo įrenginį robotams, kurio aptikimo diapazonas buvo didesnis nei 50 m, o skiriamoji geba – 256 × 128.
InGaAslavinos fotodetektoriusyra savotiškas fotodetektorius su stiprėjimu, kurio struktūra parodyta (c) paveiksle. Elektronų skylių pora, veikiant elektriniam laukui dvigubinimo srityje, gauna pakankamai energijos, kad galėtų susidurti su atomu, sukurti naujas elektronų skylių poras, sudaryti lavinos efektą ir padauginti nepusiausvyros nešiklius medžiagoje. . 2013 m. George'as M naudojo MBE, kad išaugintų tinklelį, suderintą InGaAs ir InAlAs lydinius ant InP substrato, naudodamas lydinio sudėties pokyčius, epitaksinio sluoksnio storį ir legiravimą prie moduliuotos nešiklio energijos, kad maksimaliai padidintų elektrošoko jonizaciją ir sumažintų skylių jonizaciją. Esant lygiaverčiui išėjimo signalo stiprėjimui, APD rodo mažesnį triukšmą ir mažesnę tamsiąją srovę. 2016 m. Sun Jianfeng ir kt. sukūrė 1570 nm lazerinio aktyvaus vaizdo eksperimentinės platformos rinkinį, pagrįstą InGaAs lavinų fotodetektoriumi. Vidinė grandinėAPD fotodetektoriusgautus aidus ir tiesiogiai išveda skaitmeninius signalus, todėl visas įrenginys kompaktiškas. Eksperimento rezultatai parodyti Fig. (d) ir (e). (d) paveikslas yra fizinė vaizdavimo taikinio nuotrauka, o (e) paveikslas yra trimatis atstumo vaizdas. Galima aiškiai matyti, kad ploto c lango plotas turi tam tikrą gylio atstumą su plotais A ir b. Platforma realizuoja impulsų plotį, mažesnį nei 10 ns, reguliuojama vieno impulso energija (1 ~ 3) mJ, priimančiojo objektyvo kampas 2°, pasikartojimo dažnis 1 kHz, detektoriaus veikimo koeficientas apie 60%. Dėl APD vidinio fotosrovės stiprinimo, greito atsako, kompaktiško dydžio, ilgaamžiškumo ir mažos kainos, APD fotodetektoriai gali būti aptikimo greičiu didesni nei PIN fotodetektoriai, todėl dabartiniame pagrindiniame liDAR daugiausia dominuoja lavinų fotodetektoriai.
Apskritai, sparčiai tobulėjant InGaAs paruošimo technologijai namuose ir užsienyje, galime sumaniai panaudoti MBE, MOCVD, LPE ir kitas technologijas, kad paruoštume didelio ploto aukštos kokybės InGaAs epitaksinį sluoksnį ant InP substrato. InGaAs fotodetektoriai pasižymi maža tamsia srove ir dideliu jautrumu, mažiausia tamsioji srovė yra mažesnė nei 0,75 pA/μm², didžiausias jautrumas yra iki 0,57 A/W ir greitas pereinamasis atsakas (ps tvarka). Būsimas InGaAs fotodetektorių kūrimas bus sutelktas į šiuos du aspektus: (1) InGaAs epitaksinis sluoksnis yra tiesiogiai auginamas ant Si substrato. Šiuo metu dauguma rinkoje esančių mikroelektroninių prietaisų yra pagrįsti Si, o vėlesnė integruota InGaAs ir Si plėtra yra bendra tendencija. InGaAs/Si tyrimui labai svarbu išspręsti tokias problemas kaip gardelės neatitikimas ir šiluminio plėtimosi koeficiento skirtumas; (2) 1550 nm bangos ilgio technologija buvo subrendusi, o išplėstinis bangos ilgis (2,0 ~ 2,5) μm yra ateities tyrimų kryptis. Didėjant In komponentams, gardelės neatitikimas tarp InP substrato ir InGaAs epitaksinio sluoksnio sukels rimtesnę dislokaciją ir defektus, todėl būtina optimizuoti įrenginio proceso parametrus, sumažinti grotelių defektus ir sumažinti įrenginio tamsiąją srovę.
Paskelbimo laikas: 2024-06-06