StruktūraInGaAs fotodetektorius
Nuo devintojo dešimtmečio šalies ir užsienio tyrėjai tyrinėjo InGaAs fotodetektorių struktūrą, kurie daugiausia skirstomi į tris tipus. Tai 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 įrenginių veikimas.
InGaAs metalo-puslaidininkio-metalofotodetektorius, parodyta (a) paveiksle, yra speciali struktūra, pagrįsta Schottky sandūra. 1992 m. Shi ir kt. panaudojo žemo slėgio metalo-organinių garų fazės epitaksijos technologiją (LP-MOVPE) epitaksijos sluoksniams auginti ir sukūrė InGaAs MSM fotodetektorių, kurio didelis jautrumas yra 0,42 A/W esant 1,3 μm bangos ilgiui ir tamsioji srovė yra mažesnė nei 5,6 pA/μm² esant 1,5 V įtampai. 1996 m. Zhang ir kt. panaudojo dujų fazės molekulinių pluoštų epitaksiją (GSMBE) InAlAs-InGaAs-InP epitaksijos sluoksniui auginti. InAlAs sluoksnis pasižymėjo didelėmis varžos savybėmis, o augimo sąlygos buvo optimizuotos rentgeno spindulių difrakcijos matavimais, kad gardelės neatitikimas tarp InGaAs ir InAlAs sluoksnių būtų 1×10⁻³ diapazone. Tai lemia optimizuotą įrenginio veikimą, kai tamsioji srovė yra mažesnė nei 0,75 pA/μm² esant 10 V įtampai, o trumpalaikis atsakas siekia iki 16 ps esant 5 V įtampai. Apskritai MSM struktūros fotodetektorius yra paprastas ir lengvai integruojamas, pasižymi maža tamsiąja srove (pA eilės), tačiau metalinis elektrodas sumažins efektyvų įrenginio šviesos sugerties plotą, todėl atsakas bus mažesnis nei kitų struktūrų.
„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, tokiu būdu spinduliuodamas daugiau elektronų ir skylių porų ir suformuodamas didesnę foto srovę, todėl pasižymi puikiomis elektronų laidumo savybėmis. 2007 m. A. Poloczek ir kt. panaudojo MBE, kad užaugintų žemos temperatūros buferinį sluoksnį, siekdami pagerinti paviršiaus šiurkštumą ir įveikti Si ir InP gardelės neatitikimą. MOCVD buvo naudojamas InGaAs PIN struktūrai integruoti ant InP substrato, o įrenginio jautrumas buvo apie 0,57 A/W. 2011 m. Armijos tyrimų laboratorija (ALR) panaudojo PIN fotodetektorius, kad ištirtų liDAR vaizdo gavimo įrenginį navigacijai, kliūčių / susidūrimų vengimui ir trumpo nuotolio taikinių aptikimui / identifikavimui mažose nepilotuojamose antžeminėse transporto priemonėse, integruotą su nebrangiu mikrobangų stiprintuvo lustu, kuris žymiai pagerino „InGaAs PIN“ fotodetektoriaus signalo ir triukšmo santykį. Remdamasi tuo, 2012 m. ALR robotams naudojo šį liDAR vaizdo gavimo įrenginį, kurio aptikimo diapazonas buvo didesnis nei 50 m, o skiriamoji geba – 256 × 128.
InGaAslavinos fotodetektoriusyra fotodetektoriaus rūšis su stiprinimu, kurios struktūra parodyta (c) paveiksle. Veikiant elektriniam laukui dvigubėjimo srityje, elektronų ir skylių pora įgyja pakankamai energijos, kad susidurtų su atomu, sukurtų naujas elektronų ir skylių poras, suformuotų lavinos efektą ir padaugintų nesubalansuotų krūvininkų medžiagoje. 2013 m. George'as M. panaudojo MBE, kad ant InP substrato išaugintų suderintos gardelės InGaAs ir InAlAs lydinius, keisdamas lydinio sudėtį, epitaksinio sluoksnio storį ir legiruodamas moduliuojamą krūvininkų energiją, kad maksimaliai padidintų elektrošoko jonizaciją ir sumažintų skylių jonizaciją. Esant lygiaverčiam išėjimo signalo stiprinimui, APD rodo mažesnį triukšmą ir mažesnę tamsiąją srovę. 2016 m. Sun Jianfeng ir kt. sukūrė 1570 nm lazerinio aktyvaus vaizdavimo eksperimentinės platformos rinkinį, pagrįstą InGaAs lavinos fotodetektoriumi. Vidinė grandinė...APD fotodetektoriuspriima aidus ir tiesiogiai išveda skaitmeninius signalus, todėl visas įrenginys yra kompaktiškas. Eksperimentiniai rezultatai parodyti (d) ir (e) paveiksluose. (d) paveiksle yra fizinė vaizdo taikinio nuotrauka, o (e) paveiksle – trimatis atstumo vaizdas. Aiškiai matyti, kad c srities lango plotas turi tam tikrą gylio atstumą su A ir b sritimis. Platforma realizuoja impulso plotį, mažesnį nei 10 ns, reguliuojamą vieno impulso energiją (1 ~ 3) mJ, priimančiojo lęšio lauko kampą 2°, pasikartojimo dažnį 1 kHz, detektoriaus darbo santykį apie 60 %. Dėl APD vidinio fotosrovės stiprinimo, greito atsako, kompaktiško dydžio, patvarumo ir mažos kainos, APD fotodetektorių aptikimo dažnis gali būti daug didesnis nei PIN fotodetektorių, todėl dabartiniame pagrindiniame liDAR daugiausia dominuoja lavinų fotodetektoriai.
Apskritai, sparčiai tobulėjant InGaAs paruošimo technologijoms šalyje ir užsienyje, galime sumaniai naudoti MBE, MOCVD, LPE ir kitas technologijas, kad ant InP substrato paruoštume didelio ploto, aukštos kokybės InGaAs epitaksinį sluoksnį. InGaAs fotodetektoriai pasižymi maža tamsiąja srove ir dideliu jautrumu, mažiausia tamsioji srovė yra mažesnė nei 0,75 pA/μm², maksimalus jautrumas siekia iki 0,57 A/W ir pasižymi greitu trumpalaikiu atsaku (ps eilės tvarka). Tolesnė InGaAs fotodetektorių plėtra bus sutelkta į šiuos du aspektus: (1) InGaAs epitaksinis sluoksnis yra tiesiogiai auginamas ant Si substrato. Šiuo metu dauguma rinkoje esančių mikroelektronikos prietaisų yra pagaminti Si pagrindu, o tolesnė integruota InGaAs ir Si pagrindu pagamintų gaminių plėtra yra bendra tendencija. Tokių problemų kaip gardelių neatitikimas ir šiluminio plėtimosi koeficiento skirtumas sprendimas yra labai svarbus tiriant InGaAs/Si; (2) 1550 nm bangos ilgio technologija yra subrendusi, o išplėstinis bangos ilgis (2,0 ~ 2,5) μm yra būsima tyrimų kryptis. Didėjant In komponentų kiekiui, InP substrato ir InGaAs epitaksinio sluoksnio gardelės neatitikimas sukels rimtesnes dislokacijas ir defektus, todėl būtina optimizuoti įrenginio proceso parametrus, sumažinti gardelės defektus ir sumažinti įrenginio tamsiąją srovę.
Įrašo laikas: 2024 m. gegužės 6 d.