InGaAs ֆոտոդետեկտորի կառուցվածքը

-ի կառուցվածքըInGaAs ֆոտոդետեկտոր

1980-ական թվականներից ի վեր հետազոտողները տանը և արտերկրում ուսումնասիրել են InGaAs ֆոտոդետեկտորների կառուցվածքը, որոնք հիմնականում բաժանված են երեք տեսակի. Դրանք են InGaAs մետաղ-կիսահաղորդչային-մետաղ ֆոտոդետեկտորը (MSM-PD), InGaAs PIN ֆոտոդետեկտորը (PIN-PD) և InGaAs Ավալանշային ֆոտոդետեկտորը (APD-PD): Տարբեր կառուցվածքներով InGaAs ֆոտոդետեկտորների պատրաստման գործընթացի և արժեքի մեջ զգալի տարբերություններ կան, ինչպես նաև սարքի աշխատանքի մեծ տարբերություններ կան:

InGaAs մետաղ-կիսահաղորդիչ-մետաղֆոտոդետեկտոր, ցույց է տրված նկար (ա) նկարում, հատուկ կառույց է, որը հիմնված է Շոտկի հանգույցի վրա: 1992 թվականին Շի և այլք. օգտագործել է ցածր ճնշման մետաղական-օրգանական գոլորշի փուլային էպիտաքսիայի տեխնոլոգիա (LP-MOVPE)՝ էպիտաքսի շերտեր աճեցնելու համար և պատրաստել InGaAs MSM ֆոտոդետեկտոր, որն ունի 0,42 Ա/Վտ բարձր արձագանքողականություն 1,3 մկմ ալիքի երկարությամբ և 5,6 pA/-ից ցածր մուգ հոսանք։ μm² 1,5 Վ-ում: 1996 թվականին zhang et al. օգտագործեց գազաֆազային մոլեկուլային ճառագայթային էպիտաքսիա (GSMBE)՝ InAlAs-InGaAs-InP էպիտաքսիայի շերտը աճեցնելու համար: InAlAs շերտը ցույց է տվել բարձր դիմադրողականության բնութագրեր, և աճի պայմանները օպտիմիզացվել են ռենտգենյան դիֆրակցիայի չափման միջոցով, այնպես որ InGaAs և InAlAs շերտերի միջև ցանցի անհամապատասխանությունը եղել է 1×10-3 միջակայքում: Սա հանգեցնում է սարքի օպտիմիզացված աշխատանքի՝ 0,75 pA/μm²-ից ցածր՝ 10 Վ-ում և արագ անցողիկ արձագանքով՝ մինչև 16 վրկ՝ 5 Վ-ում: Ընդհանուր առմամբ, MSM կառուցվածքի ֆոտոդետեկտորը պարզ է և հեշտ ինտեգրվել՝ ցույց տալով ցածր մութ հոսանք (pA): կարգը), բայց մետաղական էլեկտրոդը կնվազեցնի սարքի արդյունավետ լույսի կլանման տարածքը, ուստի արձագանքը ավելի ցածր է, քան մյուս կառույցները:

InGaAs PIN ֆոտոդետեկտորը տեղադրում է ներքին շերտ P-տիպի կոնտակտային շերտի և N-տիպի կոնտակտային շերտի միջև, ինչպես ցույց է տրված Նկար (բ)-ում, որը մեծացնում է քայքայման շրջանի լայնությունը, այդպիսով ճառագայթելով ավելի շատ էլեկտրոն-անցքեր և ձևավորելով ավելի մեծ ֆոտոհոսանք, ուստի այն ունի էլեկտրոնների հաղորդման գերազանց կատարում: 2007 թվականին Ա.Պոլոցեկը և այլք. օգտագործել է MBE՝ ցածր ջերմաստիճանի բուֆերային շերտ աճեցնելու համար՝ մակերեսի կոշտությունը բարելավելու և Si-ի և InP-ի միջև ցանցերի անհամապատասխանությունը հաղթահարելու համար: MOCVD-ն օգտագործվել է InGaAs PIN կառուցվածքը InP սուբստրատի վրա ինտեգրելու համար, և սարքի արձագանքողությունը մոտ 0,57A/W էր: 2011 թվականին Բանակի Հետազոտական ​​Լաբորատորիան (ALR) օգտագործեց PIN ֆոտոդետեկտորները՝ ուսումնասիրելու liDAR պատկերիչը նավիգացիայի, խոչընդոտներից/բախումներից խուսափելու և փոքր անօդաչու ցամաքային մեքենաների կարճ հեռահարության թիրախների հայտնաբերման/նույնականացման համար՝ ինտեգրված էժան միկրոալիքային ուժեղացուցիչի չիպի հետ, որը զգալիորեն բարելավեց InGaAs PIN ֆոտոդետեկտորի ազդանշան-աղմուկ հարաբերակցությունը: Այս հիման վրա, 2012 թվականին ALR-ն օգտագործել է այս liDAR պատկերիչը ռոբոտների համար՝ ավելի քան 50 մ հայտնաբերման տիրույթով և 256 × 128 թույլատրությամբ:

The InGaAsավալանշ ֆոտոդետեկտորՍա մի տեսակ ֆոտոդետեկտոր է՝ շահույթով, որի կառուցվածքը ներկայացված է նկար (գ)–ում։ Էլեկտրոն-անցք զույգը կրկնապատկվող շրջանի ներսում էլեկտրական դաշտի ազդեցությամբ ստանում է բավականաչափ էներգիա, որպեսզի բախվի ատոմին, առաջացնի նոր էլեկտրոն-անցք զույգեր, ձևավորի ավալանշի էֆեկտ և բազմապատկվի նյութի մեջ ոչ հավասարակշռված կրիչները: . 2013-ին Ջորջ Մ-ն օգտագործեց MBE-ն՝ InP սուբստրատի վրա համապատասխան InGaAs և InAlAs համաձուլվածքներ աճեցնելու համար՝ օգտագործելով խառնուրդի բաղադրության փոփոխությունները, էպիտաքսիալ շերտի հաստությունը և դոպինգը դեպի մոդուլացված կրիչի էներգիան՝ առավելագույնի հասցնելու էլեկտրաշոկի իոնացումը՝ միաժամանակ նվազագույնի հասցնելով անցքերի իոնացումը: Ելքային ազդանշանի համարժեք ստացման դեպքում APD-ն ցույց է տալիս ավելի ցածր աղմուկ և ավելի ցածր մութ հոսանք: 2016 թվականին Սուն Ջիանֆենգը և այլք. կառուցել է 1570 նմ լազերային ակտիվ պատկերավորման փորձարարական հարթակ՝ հիմնված InGaAs ավալանշ ֆոտոդետեկտորի վրա: -ի ներքին միացումAPD ֆոտոդետեկտորստացել է արձագանքներ և ուղղակիորեն դուրս բերել թվային ազդանշաններ՝ ամբողջ սարքը կոմպակտ դարձնելով: Փորձարարական արդյունքները ներկայացված են ՆԿ. (դ) և (ե): Նկար (դ) պատկերող թիրախի ֆիզիկական լուսանկարն է, իսկ նկարը (ե) եռաչափ հեռավորության պատկերն է: Հստակ երևում է, որ c տարածքի պատուհանի տարածքը որոշակի խորության հեռավորություն ունի A և b տարածքների հետ։ Պլատֆորմը գիտակցում է իմպուլսի լայնությունը 10 ns-ից պակաս, մեկ իմպուլսի էներգիան (1 ~ 3) մՋ կարգավորելի, ոսպնյակի ընդունման դաշտի անկյունը 2°, կրկնվող հաճախականությունը 1 կՀց, դետեկտորի աշխատանքի գործակիցը մոտ 60% է։ APD-ի ներքին ֆոտոհոսանքի հզորության, արագ արձագանքման, կոմպակտ չափի, երկարակեցության և ցածր գնի շնորհիվ APD ֆոտոդետեկտորները կարող են լինել ավելի բարձր հայտնաբերման արագությամբ, քան PIN ֆոտոդետեկտորները, ուստի ներկայիս հիմնական liDAR-ում հիմնականում գերակշռում են ավալանշ ֆոտոդետեկտորները:

Ընդհանուր առմամբ, տանը և արտերկրում InGaAs պատրաստման տեխնոլոգիայի արագ զարգացմամբ մենք կարող ենք հմտորեն օգտագործել MBE, MOCVD, LPE և այլ տեխնոլոգիաներ՝ InP ենթաշերտի վրա մեծ մակերեսով բարձրորակ InGaAs էպիտաքսիալ շերտ պատրաստելու համար: InGaAs ֆոտոդետեկտորները ցուցադրում են ցածր մութ հոսանք և բարձր արձագանքողություն, ամենացածր մութ հոսանքը ցածր է 0,75 pA/μm²-ից, առավելագույն արձագանքողությունը՝ մինչև 0,57 A/W և ունի արագ անցողիկ արձագանք (ps կարգ): InGaAs ֆոտոդետեկտորների ապագա զարգացումը կկենտրոնանա հետևյալ երկու ասպեկտների վրա. (1) InGaAs էպիտաքսիալ շերտը ուղղակիորեն աճեցվում է Si սուբստրատի վրա: Ներկայումս շուկայում միկրոէլեկտրոնային սարքերի մեծ մասը հիմնված է Si-ի վրա, և InGaAs-ի և Si-ի վրա հիմնված հետագա ինտեգրված զարգացումը ընդհանուր միտում է: InGaAs/Si-ի ուսումնասիրության համար կարևոր է այնպիսի խնդիրների լուծումը, ինչպիսիք են ցանցերի անհամապատասխանությունը և ջերմային ընդարձակման գործակիցի տարբերությունը: (2) 1550 նմ ալիքի երկարության տեխնոլոգիան հասունացել է, և երկարացված ալիքի երկարությունը (2.0 ~ 2.5) մկմ ապագա հետազոտության ուղղությունն է: In բաղադրիչների ավելացմամբ, InP ենթաշերտի և InGaAs էպիտաքսիալ շերտի միջև ցանցի անհամապատասխանությունը կհանգեցնի ավելի լուրջ տեղահանման և թերությունների, ուստի անհրաժեշտ է օպտիմիզացնել սարքի գործընթացի պարամետրերը, նվազեցնել ցանցի թերությունները և նվազեցնել սարքի մուգ հոսանքը: