Struttura tal-fotodetector InGaAs

Struttura ta'Fotodetector InGaAs

Mis-snin tmenin, riċerkaturi f'pajjiżhom u barra minn Malta studjaw l-istruttura tal-fotodetectors InGaAs, li huma prinċipalment maqsuma fi tliet tipi. Huma InGaAs metall-Semiconductor-metall photodetector (MSM-PD), InGaAs PIN Photodetector (PIN-PD), u InGaAs Avalanche Photodetector (APD-PD). Hemm differenzi sinifikanti fil-proċess tal-fabbrikazzjoni u l-ispiża tal-fotodetectors InGaAs bi strutturi differenti, u hemm ukoll differenzi kbar fil-prestazzjoni tal-apparat.

L-InGaAs metall-semikonduttur-metallfotodetector, murija fil-Figura (a), hija struttura speċjali bbażata fuq il-junction Schottky. Fl-1992, Shi et al. uża t-teknoloġija epitassi tal-fażi tal-fwar organiku tal-metall bi pressjoni baxxa (LP-MOVPE) biex tikber saffi tal-epitassiċi u pprepara fotodetector InGaAs MSM, li għandu rispons għoli ta '0.42 A/W f'wavelength ta' 1.3 μm u kurrent skur inqas minn 5.6 pA/ μm² f'1.5 V. Fl-1996, zhang et al. użat epitassi tar-raġġ molekulari tal-fażi tal-gass (GSMBE) biex jikber is-saff tal-epitassi InAlAs-InGaAs-InP. Is-saff InAlAs wera karatteristiċi ta 'reżistenza għolja, u l-kundizzjonijiet tat-tkabbir ġew ottimizzati permezz ta' kejl tad-diffrazzjoni tar-raġġi X, sabiex in-nuqqas ta 'qbil tal-kannizzata bejn is-saffi InGaAs u InAlAs kien fil-medda ta' 1 × 10⁻³. Dan jirriżulta f'prestazzjoni ottimizzata tal-apparat b'kurrent skur taħt 0.75 pA/μm² f'10 V u rispons temporanju mgħaġġel sa 16 ps f'5 V. B'mod ġenerali, il-fotodetector tal-istruttura MSM huwa sempliċi u faċli biex jintegra, u juri kurrent skur baxx (pA). ordni), iżda l-elettrodu tal-metall se jnaqqas iż-żona effettiva ta 'assorbiment tad-dawl tal-apparat, għalhekk ir-rispons huwa aktar baxx minn strutturi oħra.

Il-fotodetector InGaAs PIN 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 'r-reġjun tat-tnaqqis, u b'hekk jirradja aktar pari ta' toqba tal-elettroni u jifforma a. fotokurrent akbar, għalhekk għandu prestazzjoni eċċellenti ta 'konduzzjoni tal-elettroni. Fl-2007, A.Poloczek et al. użat MBE biex jikber saff buffer b'temperatura baxxa biex itejjeb il-ħruxija tal-wiċċ u jegħleb in-nuqqas ta 'qbil tal-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 tal-Armata (ALR) uża photodetectors PIN biex jistudja imager liDAR għan-navigazzjoni, l-evitar ta’ ostakli/ħabtiet, u skoperta/identifikazzjoni ta’ mira fuq medda qasira għal vetturi tal-art żgħar mingħajr ekwipaġġ, integrati b’ċippa amplifikatur microwave bi prezz baxx li tejbet b'mod sinifikanti l-proporzjon tas-sinjal għall-ħoss tal-fotodetector InGaAs PIN. Fuq din il-bażi, fl-2012, ALR uża dan l-immaġini liDAR għal robots, b'firxa ta 'skoperta ta' aktar minn 50 m u riżoluzzjoni ta '256 × 128.

L-InGaAsphotodetector tal-valangahuwa tip ta 'fotodetector bi gwadann, li l-istruttura tiegħu tidher fil-Figura (c). Il-par ta 'l-elettron-toqba jikseb biżżejjed enerġija taħt l-azzjoni tal-kamp elettriku ġewwa r-reġjun ta' l-irduppjar, sabiex jaħbat ma 'l-atomu, jiġġenera pari ta' elettron-toqba ġodda, jifforma effett ta 'valanga, u jimmultiplika t-trasportaturi mhux ta' ekwilibriju fil-materjal . Fl-2013, George M uża MBE biex jikber kannizzata mqabbla InGaAs u InAlAs ligi fuq sottostrat InP, bl-użu ta 'bidliet fil-kompożizzjoni tal-liga, ħxuna tas-saff epitassjali, u doping għal enerġija trasportatur modulata biex timmassimizza l-jonizzazzjoni elettroshock filwaqt li timminimizza l-jonizzazzjoni tat-toqob. Fil-gwadann tas-sinjal tal-ħruġ ekwivalenti, APD juri ħoss aktar baxx u kurrent skur aktar baxx. Fl-2016, Sun Jianfeng et al. bena sett ta '1570 nm pjattaforma sperimentali ta' immaġini attiva bil-lejżer ibbażata fuq il-photodetector tal-valanga InGaAs. Iċ-ċirkwit intern ta 'Photodetector APDirċevew eki u joħorġu direttament sinjali diġitali, 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 ta 'distanza tridimensjonali. Jista 'jidher b'mod ċar li l-erja tat-tieqa taż-żona c għandha ċerta distanza ta' fond b'erja A u b. Il-pjattaforma tirrealizza l-wisa 'tal-polz ta' inqas minn 10 ns, enerġija tal-polz wieħed (1 ~ 3) mJ aġġustabbli, kamp tal-lenti li jirċievi Angolu ta '2°, frekwenza ta' ripetizzjoni ta '1 kHz, proporzjon tad-dazju tad-ditekter ta' madwar 60%. Grazzi għall-gwadann tal-fotokurrent intern tal-APD, rispons veloċi, daqs kompatt, durabilità u prezz baxx, il-fotodetectors tal-APD jistgħu jkunu ordni ta 'kobor ogħla fir-rata ta' sejbien minn fotodetekturi PIN, għalhekk il-liDAR mainstream kurrenti huwa prinċipalment iddominat minn photodetectors tal-valanga.

B'mod ġenerali, bl-iżvilupp rapidu tat-teknoloġija tal-preparazzjoni InGaAs fid-dar u barra, nistgħu nużaw b'mod sengħa MBE, MOCVD, LPE u teknoloġiji oħra biex nippreparaw saff epitassjali InGaAs ta 'kwalità għolja ta' żona kbira fuq sottostrat InP. Fotodetectors InGaAs juru kurrent skur baxx u rispons għoli, l-aktar kurrent skur baxx huwa inqas minn 0.75 pA / μm², ir-rispons massimu huwa sa 0.57 A / W, u għandu rispons temporanju mgħaġġel (ordni ps). L-iżvilupp futur tal-fotodetectors InGaAs se jiffoka fuq iż-żewġ aspetti li ġejjin: (1) Is-saff epitassjali InGaAs jitkabbar direttament fuq is-sottostrat tas-Si. Fil-preżent, ħafna mill-apparati mikroelettroniċi fis-suq huma bbażati fuq Si, u l-iżvilupp integrat sussegwenti ta 'InGaAs u bbażati fuq Si huwa t-tendenza ġenerali. Is-soluzzjoni ta 'problemi bħal nuqqas ta' tqabbil tal-kannizzata u differenza tal-koeffiċjent ta 'espansjoni termali hija kruċjali għall-istudju ta' InGaAs/Si; (2) It-teknoloġija tal-wavelength ta '1550 nm kienet matura, u l-wavelength estiż (2.0 ~ 2.5) μm hija d-direzzjoni futura tar-riċerka. Biż-żieda ta ' In-komponenti, in-nuqqas ta 'qbil tal-kannizzata bejn sottostrat InP u saff epitassjali InGaAs se jwassal għal dislokazzjoni u difetti aktar serji, għalhekk huwa meħtieġ li jiġu ottimizzati l-parametri tal-proċess tal-apparat, jitnaqqsu d-difetti tal-kannizzata, u jitnaqqas il-kurrent skur tal-apparat.