Struttura ta'Fotoditekter tal-InGaAs
Mill-1980ijiet 'l hawn, riċerkaturi f'pajjiżhom u barra minn pajjiżhom studjaw l-istruttura tal-fotoditekters tal-InGaAs, li huma prinċipalment maqsuma fi tliet tipi. Dawn huma l-fotoditekter tal-metall-semikonduttur-metall tal-InGaAs (MSM-PD), il-fotoditekter PIN tal-InGaAs (PIN-PD), u l-fotoditekter tal-valanga tal-InGaAs (APD-PD). Hemm differenzi sinifikanti fil-proċess tal-fabbrikazzjoni u l-ispiża tal-fotoditekters tal-InGaAs bi strutturi differenti, u hemm ukoll differenzi kbar fil-prestazzjoni tal-apparat.
Il-metall-semikonduttur-metall InGaAsfotoditekter, murija fil-Figura (a), hija struttura speċjali bbażata fuq il-junction Schottky. Fl-1992, Shi et al. użaw teknoloġija ta' epitaxy tal-fażi tal-fwar metall-organiku bi pressjoni baxxa (LP-MOVPE) biex ikabbru saffi ta' epitaxy u ħejjew fotoditekter InGaAs MSM, li għandu 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. użaw epitaxy tar-raġġ molekulari tal-fażi tal-gass (GSMBE) biex ikabbru s-saff ta' epitaxy InAlAs-InGaAs-InP. Is-saff InAlAs wera karatteristiċi ta' reżistività 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 fi prestazzjoni ottimizzata tal-apparat b'kurrent skur taħt 0.75 pA/μm² f'10 V u rispons temporanju veloċi sa 16 ps f'5 V. B'mod ġenerali, il-fotoditekter tal-istruttura MSM huwa sempliċi u faċli biex jiġi integrat, u juri kurrent skur baxx (ordni pA), iżda l-elettrodu tal-metall inaqqas iż-żona effettiva tal-assorbiment tad-dawl tal-apparat, għalhekk ir-rispons huwa aktar baxx minn strutturi oħra.
Il-fotoditekter 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' elettroni-toqob u jifforma fotokurrent akbar, u għalhekk għandu prestazzjoni eċċellenti ta' konduzzjoni tal-elettroni. Fl-2007, A.Poloczek et al. użaw MBE biex ikabbru saff ta' buffer f'temperatura baxxa biex itejbu l-ħruxija tal-wiċċ u jegħlbu n-nuqqas ta' qbil tal-kannizzata bejn Si u InP. MOCVD intuża biex jintegra l-istruttura 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 fotoditekters PIN biex jistudja imager liDAR għan-navigazzjoni, l-evitar ta' ostakli/ħabtiet, u s-sejbien/identifikazzjoni ta' miri fuq medda qasira għal vetturi żgħar tal-art mingħajr ekwipaġġ, integrat ma' ċippa amplifikatriċi tal-microwave bi prezz baxx li tejjeb b'mod sinifikanti l-proporzjon sinjal-ħoss tal-fotoditekter PIN InGaAs. Fuq din il-bażi, fl-2012, l-ALR użat dan l-imager liDAR għar-robots, b'firxa ta' skoperta ta' aktar minn 50 m u riżoluzzjoni ta' 256 × 128.
L-InGaAsfotoditekter tal-valangihuwa tip ta' fotoditekter b'qligħ, li l-istruttura tiegħu hija murija fil-Figura (c). Il-par elettron-toqba jikseb biżżejjed enerġija taħt l-azzjoni tal-kamp elettriku ġewwa r-reġjun tad-doppju, sabiex jaħbat mal-atomu, jiġġenera pari ġodda elettron-toqba, jifforma effett ta' valanga, u jimmultiplika t-trasportaturi mhux f'ekwilibriju fil-materjal. Fl-2013, George M uża MBE biex ikabbar ligi InGaAs u InAlAs imqabbla mal-kannizzata fuq sottostrat InP, billi uża bidliet fil-kompożizzjoni tal-liga, ħxuna tas-saff epitassjali, u doping għal enerġija modulata tat-trasportatur biex jimmassimizza l-jonizzazzjoni tal-elettroxokk filwaqt li jimminimizza l-jonizzazzjoni tat-toqob. Bl-istess qligħ tas-sinjal tal-ħruġ, l-APD juri inqas storbju u inqas kurrent skur. Fl-2016, Sun Jianfeng et al. bnew sett ta' pjattaforma sperimentali ta' immaġini attiva bil-lejżer ta' 1570 nm ibbażata fuq il-fotoditekter tal-valanga InGaAs. Iċ-ċirkwit intern ta'Fotoditekter tal-APDriċeviet ekujiet u ħarġet direttament sinjali diġitali, u b'hekk l-apparat kollu sar 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 ż-żona tat-tieqa taż-żona c għandha ċerta distanza ta' fond maż-żona A u b. Il-pjattaforma tirrealizza wisa' tal-polz inqas minn 10 ns, enerġija ta' polz wieħed (1 ~ 3) mJ aġġustabbli, Angolu tal-kamp tal-lenti li tirċievi ta' 2°, frekwenza ta' ripetizzjoni ta' 1 kHz, proporzjon tad-dazju tad-ditekter ta' madwar 60%. Bis-saħħa tal-qligħ intern tal-fotokurrent tal-APD, ir-rispons veloċi, id-daqs kompatt, id-durabbiltà u l-ispiża baxxa, il-fotoditekters tal-APD jistgħu jkunu ordni ta' kobor ogħla fir-rata ta' skoperta mill-fotoditekters PIN, għalhekk il-liDAR mainstream attwali huwa ddominat prinċipalment minn fotoditekters tal-valangi.
B'mod ġenerali, bl-iżvilupp mgħaġġel tat-teknoloġija tal-preparazzjoni tal-InGaAs f'pajjiżna u barra minn pajjiżna, nistgħu nużaw b'ħila MBE, MOCVD, LPE u teknoloġiji oħra biex nippreparaw saff epitassjali tal-InGaAs ta' kwalità għolja fuq żona kbira fuq sottostrat tal-InP. Il-fotoditekters tal-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 tranżitorju mgħaġġel (ordni ps). L-iżvilupp futur tal-fotoditekters tal-InGaAs se jiffoka fuq iż-żewġ aspetti li ġejjin: (1) Is-saff epitassjali tal-InGaAs jitkabbar direttament fuq sottostrat tas-Si. Fil-preżent, il-biċċa l-kbira tal-apparati mikroelettroniċi fis-suq huma bbażati fuq is-Si, u l-iżvilupp integrat sussegwenti tal-InGaAs u s-Si huwa x-xejra ġenerali. Is-soluzzjoni ta' problemi bħan-nuqqas ta' qbil fil-kannizzata u d-differenza fil-koeffiċjent tal-espansjoni termali hija kruċjali għall-istudju tal-InGaAs/Si; (2) It-teknoloġija tat-tul ta' mewġa ta' 1550 nm ilha matura, u t-tul ta' mewġa estiż (2.0 ~ 2.5) μm huwa d-direzzjoni tar-riċerka futura. Biż-żieda tal-komponenti In, in-nuqqas ta' qbil fil-kannizzata bejn is-sottostrat InP u s-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.
Ħin tal-posta: 06 ta' Mejju 2024