StruktūraInGaAs fotodetektorius
Nuo devintojo dešimtmečio tyrėjai tyrinėjo InGaAs fotodetektorių struktūrą, kurią galima apibendrinti į tris pagrindinius tipus: InGaAs metalas puslaidininkis metalasfotodetektoriai(MSM-PD), InGaAsPIN fotodetektoriai(PIN-PD) ir InGaAslavinų fotodetektoriai(APD-PD). Skirtingų struktūrų „InGaAs“ fotodetektorių gamybos procesas ir kaina labai skiriasi, taip pat yra didelių skirtumų ir įrenginių veikime.
Paveiksle parodyta InGaAs metalo puslaidininkinio metalo fotodetektoriaus struktūros schema, kuri yra speciali struktūra, pagrįsta Schottky sandūra. 1992 m. Shi ir kt. panaudojo žemo slėgio metalo organinės garų fazės epitaksijos (LP-MOVPE) technologiją epitaksijos sluoksniams auginti ir InGaAs MSM fotodetektoriams paruošti. Įrenginys pasižymi dideliu 0,42 A/W jautrumu esant 1,3 μm bangos ilgiui ir mažesne nei 5,6 pA/μm² tamsiąja srove esant 1,5 V įtampai. 1996 m. tyrėjai panaudojo dujų fazės molekulinių pluoštų epitaksiją (GSMBE), kad užaugintų InAlAs InGaAs InP epitaksijos sluoksnius, kurie pasižymėjo didelėmis varžos charakteristikomis. Augimo sąlygos buvo optimizuotos atliekant rentgeno spindulių difrakcijos matavimus, todėl InGaAs ir InAlAs sluoksnių gardelės neatitikimas buvo 1 × 10⁻³ diapazone. Dėl to įrenginio veikimas buvo optimizuotas – tamsioji srovė esant 10 V įtampai buvo mažesnė nei 0,75 pA/μm², o greitas pereinamasis atsakas – 16 ps esant 5 V įtampai. Apskritai MSM struktūros fotodetektorius turi paprastą ir lengvai integruojamą struktūrą, pasižyminčią mažesne tamsiąja srove (pA lygiu), tačiau metalinis elektrodas sumažina efektyvų įrenginio šviesos sugerties plotą, todėl, palyginti su kitomis struktūromis, jautrumas yra mažesnis.
„InGaAs PIN“ fotodetektorius turi vidinį sluoksnį, įterptą tarp P tipo kontaktinio sluoksnio ir N tipo kontaktinio sluoksnio, kaip parodyta paveikslėlyje, kuris padidina išeikvojimo srities plotį, tokiu būdu spinduliuodamas daugiau elektronų skylių porų ir suformuodamas didesnę fotosrovę, todėl pasižymi puikiu elektroniniu laidumu. 2007 m. tyrėjai panaudojo MBE, kad užaugintų žemos temperatūros buferinius sluoksnius, pagerindami paviršiaus šiurkštumą ir įveikdami Si ir InP gardelės neatitikimą. Jie integravo „InGaAs PIN“ struktūras ant InP substratų, naudodami MOCVD, o įrenginio jautrumas buvo maždaug 0,57 A/W. 2011 m. tyrėjai panaudojo PIN fotodetektorius, kad sukurtų trumpojo nuotolio LiDAR vaizdavimo įrenginį, skirtą navigacijai, kliūčių / susidūrimų vengimui ir taikinių aptikimui / atpažinimui mažose nepilotuojamose antžeminėse transporto priemonėse. Įrenginys buvo integruotas su nebrangiu mikrobangų stiprintuvo lustu, kuris žymiai pagerino „InGaAs PIN“ fotodetektorių signalo ir triukšmo santykį. Remdamiesi tuo, 2012 m. tyrėjai pritaikė šį LiDAR vaizdavimo įrenginį robotams, kurių aptikimo diapazonas viršijo 50 metrų, o skiriamoji geba padidėjo iki 256 × 128.
„InGaAs“ lavinos fotodetektorius yra fotodetektoriaus tipas su stiprinimo koeficientu, kaip parodyta struktūros diagramoje. Veikiant elektriniam laukui, elektronų skylių poros įgyja pakankamai energijos dvigubėjimo srityje ir susiduria su atomais, kad susidarytų naujos elektronų skylių poros, sukurdamos lavinos efektą ir padvigubindamos nesubalansuotų medžiagų krūvininkus. 2013 m. tyrėjai panaudojo MBE, kad ant InP substratų augintų suderintos gardelės InGaAs ir InAlAs lydinius, moduliuodami krūvininkų energiją keisdami lydinio sudėtį, epitaksinio sluoksnio storį ir legiravimą, maksimaliai padidindami elektrošoko jonizaciją ir sumažindami skylių jonizaciją. Esant lygiaverčiam išėjimo signalo stiprinimui, APD pasižymi mažu triukšmu ir mažesne tamsiąja srove. 2016 m. tyrėjai sukūrė 1570 nm lazerinio aktyvaus vaizdavimo eksperimentinę platformą, pagrįstą „InGaAs“ lavinos fotodetektoriais. Vidinė grandinė...APD fotodetektoriuspriima aidus ir tiesiogiai išveda skaitmeninius signalus, todėl visas įrenginys yra kompaktiškas. Eksperimentiniai rezultatai parodyti (d) ir (e) paveiksluose. (d) paveiksle pateikta fizinė vaizdo taikinio nuotrauka, o (e) paveiksle – trimatis atstumo vaizdas. Aiškiai matyti, kad C zonos lango plotas yra tam tikru gylio atstumu nuo A ir B zonų. Ši platforma pasiekia mažesnį nei 10 ns impulso plotį, reguliuojamą vieno impulso energiją (1–3) mJ, 2° matymo kampą perdavimo ir priėmimo lęšiams, 1 kHz pasikartojimo dažnį ir maždaug 60 % detektoriaus darbo ciklą. Dėl vidinio fotosrovės stiprinimo, greito atsako, kompaktiško dydžio, patvarumo ir mažos APD kainos APD fotodetektoriai gali pasiekti vienu dydžio eilės didesnį aptikimo dažnį nei PIN fotodetektoriai. Todėl šiuo metu pagrindiniuose lazeriniuose radaruose daugiausia naudojami lavinų fotodetektoriai.
Įrašo laikas: 2026 m. vasario 11 d.