Struttura tal-fotodetettur ingaas

Struttura ta 'Photodetector Ingaas

Mis-snin 1980, ir-riċerkaturi fid-dar u barra l-pajjiż studjaw l-istruttura tal-fotodetetturi InGaaS, li huma prinċipalment maqsuma fi tliet tipi. Dawn huma fotodetettur tal-metall-metal-metal-metalli (MSM-PD), Pin Pin PineTetector (PIN-PD), u Photodetector Avalanche IngaaS (APD-PD). Hemm differenzi sinifikanti fil-proċess ta 'fabbrikazzjoni u fl-ispiża tal-fotodetetturi InGaAs bi strutturi differenti, u hemm ukoll differenzi kbar fil-prestazzjoni tal-apparat.

Il-metall tas-semikondutturi tal-metall IngaasPhotodetector, muri fil-figura (a), hija struttura speċjali bbażata fuq il-junction Schottky. Fl-1992, Shi et al. Uża t-teknoloġija tal-epitaxy tal-fwar tal-fwar tal-metall bi pressjoni baxxa (LP-Movpe) biex tikber saffi ta 'epitaxy u ppreparata Photodetector InGaaS MSM, li għandha rispons għoli ta' 0.42 A / W f'tul ta 'mewġa ta' 1.3 μM u kurrent skur inqas minn 5.6 pa / μm² f'1.5 V. fl-1996, Zhang et al. Epitaxy tar-raġġ molekulari tal-fażi tal-gass użata (GSMBE) biex tikber is-saff tal-epitaxy ingaas-inp-inp. Is-saff ta 'inalas wera karatteristiċi ta' reżistività għolja, u l-kundizzjonijiet ta 'tkabbir ġew ottimizzati mill-kejl ta' diffrazzjoni tar-raġġi X, sabiex in-nuqqas ta 'qbil bejn il-kannizzata bejn ingaas u saffi ta' inalas kien fil-medda ta '1 × 10⁻³. Dan jirriżulta f'rendiment ta 'apparat ottimizzat b'kurrent skur taħt 0.75 PA / μm² f'10 V u rispons temporanju mgħaġġel sa 16 ps f'5 V. Minbarra, il-fotodetettur tal-istruttura MSM huwa sempliċi u faċli biex tintegra, li juri kurrent skur baxx (ordni PA), iżda l-elettrodu tal-metall se jnaqqas iż-żona effettiva ta' assorbiment tad-dawl tat-tagħmir, u għalhekk ir-rispons huwa inqas minn strutturi oħra.

Il-fotodetettur tal-PIN INGAAS idaħħal saff intrinsiku bejn is-saff ta 'kuntatt tat-tip P u s-saff ta' kuntatt tat-tip N, kif muri fil-Figura (b), li jżid il-wisa 'tar-reġjun tat-tnaqqis, u b'hekk jirradja aktar pari ta' toqba ta 'elettroni u jifforma fotokorri akbar, u għalhekk għandu prestazzjoni ta' l-elettroni eċċellenti. Fl-2007, A.Poloczek et al. Użat MBE biex tikber saff ta 'buffer ta' temperatura baxxa biex ittejjeb il-ħruxija tal-wiċċ u tegħleb in-nuqqas ta 'qbil bejn il-kannizzata bejn SI u INP. MOCVD intuża biex jintegra l-istruttura tal-PIN INGAAS fuq is-sottostrat INP, u r-rispons tal-apparat kien ta 'madwar 0.57a / w. Fl-2011, il-Laboratorju tar-Riċerka dwar l-Armata (ALR) uża fotodetetturi tal-PIN biex jistudja Imager LiDAR għan-navigazzjoni, l-ostaklu / evitar tal-ħabta, u skoperta / identifikazzjoni ta 'mira ta' medda qasira għal vetturi żgħar mingħajr ekwipaġġ, integrati ma 'ċippa ta' amplifikatur ta 'microwave bi prezz baxx li tejbet b'mod sinifikanti l-proporzjon tas-sinjal għall-ħoss ta' l-INGAAS. Fuq din il-bażi, fl-2012, ALR uża dan l-Imager Lidar għal robots, b'firxa ta 'skoperta ta' aktar minn 50 m u riżoluzzjoni ta '256 × 128.

L-INGAASFotodetettur tal-Avalanchehuwa tip ta 'fotodetettur bi qligħ, li l-istruttura tiegħu hija murija fil-Figura (C). Il-par tat-toqba tal-elettroni jiksbu biżżejjed enerġija taħt l-azzjoni tal-kamp elettriku ġewwa r-reġjun li jirdoppja, sabiex jaħbat ma 'l-atomu, jiġġenera pari ta' toqba elettroni ġodda, jifforma effett ta 'valanga, u jimmultiplika t-trasportaturi mhux tal-ekwilibriju fil-materjal. Fl-2013, George M uża MBE biex jikber il-kannizzata mqabbla Ingaas u l-ligi inalas fuq sottostrat INP, billi uża bidliet fil-kompożizzjoni tal-liga, ħxuna epitassjali tas-saff, u doping għal enerġija ta 'trasportatur modulata biex timmassimizza l-jonizzazzjoni elettroshock waqt li timminimizza l-jonizzazzjoni tat-toqba. Fil-qligħ tas-sinjal ekwivalenti tal-ħruġ, l-APD juri ħoss aktar baxx u kurrent skur aktar baxx. Fl-2016, Sun Jianfeng et al. bena sett ta 'pjattaforma sperimentali tal-immaġni attiva tal-lejżer 1570 nm ibbażata fuq il-fotodetettur tal-Avalanche InGaaS. Iċ-ċirkwit intern ta 'Photodetector APDIrċevew eki u sinjali diġitali tal-ħruġ direttament, u jagħmlu l-apparat kollu kompatt. Ir-riżultati sperimentali huma murija fil-Fig. (d) u ​​(e). Il-Figura (D) hija ritratt fiżiku tal-mira tal-immaġini, u l-figura (e) hija immaġni tridimensjonali fuq distanza. Jista 'jidher b'mod ċar li ż-żona tat-tieqa taż-żona C għandha ċerta distanza tal-fond maż-żona A u B. Il-pjattaforma tirrealizza wisa 'tal-polz inqas minn 10 ns, enerġija tal-polz wieħed (1 ~ 3) MJ aġġustabbli, li tirċievi lenti angolu tal-kamp ta' 2 °, frekwenza ta 'ripetizzjoni ta' 1 kHz, proporzjon tad-dazju tad-ditekter ta 'madwar 60%. Bis-saħħa tal-qligħ intern fotokurrenti tal-APD, rispons mgħaġġel, daqs kompatt, durabilità u prezz baxx, fotodetetturi APD jistgħu jkunu ordni ta 'kobor ogħla fir-rata ta' skoperta minn fotodetetturi tal-brilli, u għalhekk il-lidar mainstream kurrenti huwa prinċipalment iddominat minn fotodetetturi ta 'valanga.

B'mod ġenerali, bl-iżvilupp rapidu tat-teknoloġija tal-preparazzjoni InGaaS fid-dar u barra, nistgħu nużaw b'ħila MBE, MOCVD, LPE u teknoloġiji oħra biex nippreparaw saff epitassjali ta 'kwalità għolja ta' kwalità għolja fuq is-substrat INP. Il-fotodetetturi INGAAS juru kurrent skur baxx u rispons għoli, l-inqas kurrent skur huwa inqas minn 0.75 pa / μm², ir-rispons massimu huwa sa 0.57 A / W, u għandu rispons transitorju mgħaġġel (ordni PS). L-iżvilupp futur tal-fotodetetturi InGaaS se jiffoka fuq iż-żewġ aspetti li ġejjin: (1) Is-saff epitassjali InGaAs huwa mkabbar direttament fuq is-sottostrat SI. Fil-preżent, il-biċċa l-kbira tal-apparati mikroelettroniċi fis-suq huma bbażati fuq SI, u l-iżvilupp integrat sussegwenti ta 'INGAAS u SI ibbażat huwa x-xejra ġenerali. Is-soluzzjoni ta 'problemi bħal nuqqas ta' qbil tal-kannizzata u differenza fil-koeffiċjent ta 'espansjoni termali hija kruċjali għall-istudju ta' InGaAs / Si; (2) It-teknoloġija tat-tul ta 'mewġ ta' 1550 nm kienet matura, u t-tul ta 'mewġa estiż (2.0 ~ 2.5) μm huwa d-direzzjoni futura tar-riċerka. Biż-żieda tal-komponenti, iż-żbilanċ tal-kannizzata bejn is-substrat INP u s-saff epitassjali InGaaS iwassal għal diżlokazzjoni u difetti aktar serji, u għalhekk huwa meħtieġ li jiġu ottimizzati l-parametri tal-proċess tal-apparat, tnaqqas id-difetti tal-kannizzata, u tnaqqas l-apparat kurrenti skura.