ԿառուցվածքըInGaAs լուսադետեկտոր
1980-ական թվականներից ի վեր հետազոտողները ուսումնասիրում են InGaAs լուսադետեկտորների կառուցվածքը, որը կարելի է ամփոփել երեք հիմնական տեսակի՝ InGaAs մետաղ, կիսահաղորդիչ մետաղֆոտոդետեկտորներ(MSM-PD), InGaAsPIN լուսադետեկտորներ(PIN-PD) և InGaAsձնահոսքի լուսադետեկտորներ(APD-PD): Տարբեր կառուցվածքներով InGaAs լուսադետեկտորների արտադրության գործընթացում և արժեքում կան էական տարբերություններ, ինչպես նաև կան էական տարբերություններ սարքի աշխատանքի մեջ:
Նկարում ներկայացված է InGaAs մետաղական կիսահաղորդչային մետաղական ֆոտոդետեկտորի կառուցվածքի սխեմատիկ դիագրամը, որը Շոտկիի միացման վրա հիմնված հատուկ կառուցվածք է: 1992 թվականին Շին և իր գործընկերները օգտագործել են ցածր ճնշման մետաղական օրգանական գոլորշու փուլային էպիտաքսիայի (LP-MOVPE) տեխնոլոգիան՝ էպիտաքսիալ շերտեր աճեցնելու և InGaAs MSM ֆոտոդետեկտորներ պատրաստելու համար: Սարքն ունի 0.42 Ա/Վտ բարձր արձագանքողականություն 1.3 մկմ ալիքի երկարության դեպքում և 5.6 պԱ/μ մ²-ից պակաս մութ հոսանք 1.5 Վ լարման դեպքում: 1996 թվականին հետազոտողները օգտագործել են գազային փուլային մոլեկուլային ճառագայթային էպիտաքսիա (GSMBE)՝ InAlAs InGaAs InP էպիտաքսիալ շերտեր աճեցնելու համար, որոնք ցուցաբերել են բարձր դիմադրության բնութագրեր: Աճի պայմանները օպտիմալացվել են ռենտգենյան դիֆրակցիոն չափումների միջոցով, ինչի արդյունքում InGaAs և InAlAs շերտերի միջև ցանցի անհամապատասխանություն է առաջացել 1 × 10 ⁻ ³ միջակայքում: Արդյունքում, սարքի աշխատանքը օպտիմալացվել է՝ 10 Վ լարման դեպքում մութ հոսանքը կազմելով 0.75 պԱ/μ մ²-ից պակաս և 5 Վ լարման դեպքում՝ 16 պվրկ արագ անցումային արձագանքով։ Ընդհանուր առմամբ, MSM կառուցվածքի լուսադետեկտորն ունի պարզ և հեշտ ինտեգրվող կառուցվածք, որը ցուցաբերում է ավելի ցածր մութ հոսանք (pA մակարդակ), սակայն մետաղական էլեկտրոդը նվազեցնում է սարքի լույսի արդյունավետ կլանման մակերեսը, ինչը հանգեցնում է ավելի ցածր արձագանքման՝ համեմատած այլ կառուցվածքների հետ։
InGaAs PIN լուսադետեկտորն ունի ներքին շերտ, որը տեղադրված է P-տիպի կոնտակտային շերտի և N-տիպի կոնտակտային շերտի միջև, ինչպես ցույց է տրված նկարում, որը մեծացնում է սպառման շրջանի լայնությունը, դրանով իսկ ճառագայթելով ավելի շատ էլեկտրոնային անցքերի զույգեր և ձևավորելով ավելի մեծ լուսահոսանք, այդպիսով ցուցադրելով գերազանց էլեկտրոնային հաղորդունակություն: 2007 թվականին հետազոտողները օգտագործեցին MBE-ն ցածր ջերմաստիճանի բուֆերային շերտեր աճեցնելու համար, բարելավելով մակերեսի կոպտությունը և հաղթահարելով Si-ի և InP-ի միջև ցանցի անհամապատասխանությունը: Նրանք ինտեգրեցին InGaAs PIN կառուցվածքները InP հիմքերի վրա՝ օգտագործելով MOCVD, և սարքի արձագանքողականությունը կազմում էր մոտավորապես 0.57 A/W: 2011 թվականին հետազոտողները օգտագործեցին PIN լուսադետեկտորներ՝ կարճ հեռավորության LiDAR պատկերման սարք մշակելու համար՝ նավիգացիայի, խոչընդոտների/բախումների կանխարգելման և փոքր անօդաչու գետնային տրանսպորտային միջոցների թիրախի հայտնաբերման/ճանաչման համար: Սարքը ինտեգրվել է ցածրարժեք միկրոալիքային ուժեղացուցիչ չիպի հետ, ինչը զգալիորեն բարելավել է InGaAs PIN լուսադետեկտորների ազդանշան-աղմուկ հարաբերակցությունը: Այս հիմքի վրա, 2012 թվականին հետազոտողները այս LiDAR պատկերման սարքը կիրառեցին ռոբոտների վրա՝ ավելի քան 50 մետր հայտնաբերման շառավղով և մինչև 256 × 128 լուծաչափով։
InGaAs ձնահոսքի ֆոտոդետեկտորը ֆոտոդետեկտորի տեսակ է՝ ուժեղացմամբ, ինչպես ցույց է տրված կառուցվածքային դիագրամում: Էլեկտրոնային անցքերի զույգերը ստանում են բավարար էներգիա կրկնապատկման շրջանի ներսում էլեկտրական դաշտի ազդեցության տակ և բախվում են ատոմների հետ՝ առաջացնելով նոր էլեկտրոնային անցքերի զույգեր, առաջացնելով ձնահոսքի էֆեկտ և կրկնապատկելով նյութում ոչ հավասարակշռված լիցքի կրիչները: 2013 թվականին հետազոտողները օգտագործեցին MBE՝ InP հիմքերի վրա ցանցային համապատասխան InGaAs և InAlAs համաձուլվածքներ աճեցնելու համար, մոդուլացնելով կրողի էներգիան՝ համաձուլվածքի կազմի, էպիտաքսիալ շերտի հաստության և դոպինգի փոփոխությունների միջոցով, առավելագույնի հասցնելով էլեկտրաշոկի իոնացումը՝ միաժամանակ նվազագույնի հասցնելով անցքերի իոնացումը: Համարժեք ելքային ազդանշանի ուժեղացման դեպքում APD-ն ցուցաբերում է ցածր աղմուկ և ավելի ցածր մութ հոսանք: 2016 թվականին հետազոտողները կառուցել են 1570 նմ լազերային ակտիվ պատկերման փորձարարական հարթակ՝ հիմնված InGaAs ձնահոսքի ֆոտոդետեկտորների վրա: Ներքին սխեման...APD լուսադետեկտորՍտացված արձագանքները և անմիջապես արտածում թվային ազդանշաններ, ինչը ամբողջ սարքը դարձնում է կոմպակտ: Փորձարարական արդյունքները ներկայացված են նկարներ (դ) և (ե)-ում: Նկար (դ)-ն պատկերման թիրախի ֆիզիկական լուսանկար է, իսկ նկար (ե)-ն՝ եռաչափ հեռավորության պատկեր: Հստակ երևում է, որ C գոտու պատուհանի տարածքը որոշակի խորության հեռավորություն ունի A և B գոտիներից: Այս հարթակը հասնում է 10 նվ-ից պակաս իմպուլսի լայնության, կարգավորվող մեկ իմպուլսի էներգիայի (1-3) մՋ, փոխանցող և ընդունող ոսպնյակների համար 2° տեսադաշտի անկյան, 1 կՀց կրկնության հաճախականության և մոտավորապես 60% դետեկտորի աշխատանքային ցիկլի: Շնորհիվ APD-ի ներքին լուսահոսքի ուժեղացման, արագ արձագանքի, կոմպակտ չափսերի, դիմացկունության և ցածր գնի, APD լուսադետեկտորները կարող են հասնել PIN լուսադետեկտորներից մեկ կարգի մեծությամբ բարձր հայտնաբերման հաճախականության: Հետևաբար, ներկայումս լազերային ռադարների հիմնական հոսքը հիմնականում օգտագործում է ձնահոսքի լուսադետեկտորներ:
Հրապարակման ժամանակը. Փետրվարի 11-2026