Ingaas fotodetektora struktūra

StruktūraIngaas fotodetektors

Kopš astoņdesmitajiem gadiem pētnieki mājās un ārvalstīs ir pētījuši Ingaas fotodetektoru struktūru, kas galvenokārt ir sadalīti trīs veidos. Tie ir ingaas metāla semiconductor-metal fotodetektors (MSM-PD), InGaas Pin Photodetector (PIN-PD) un Ingaas Avalanche fotodetektors (APD-PD). Ingaas fotodetektoru izgatavošanas procesā un izmaksās ir ievērojamas atšķirības ar dažādām struktūrām, un ir arī lielas atšķirības ierīču veiktspējā.

Ingaas metāla semiconductor-metalfotodetektors, parādīts a) attēlā, ir īpaša struktūra, kuras pamatā ir Schottky krustojums. 1992. gadā Ši et al. Izmantota zema spiediena metāla-organiskā tvaika fāzes epitaksijas tehnoloģija (LP-MOVPE), lai audzētu epitaksijas slāņus un sagatavotu inGaas MSM fotodetektoru, kura augsta reakcija ir 0,42 A/ W viļņa garumā 1,3 μm un tumša strāva zemāk par 5,6 Pa/ μm² pie 1,5 V. 1996. gadā, Zhang et al. Izmantotā gāzes fāzes molekulārā stara epitaksija (GSMBE), lai audzētu Inalas-inGaas-Inp epitaksijas slāni. INALAS slānī parādījās augstas pretestības īpašības, un augšanas apstākļi tika optimizēti ar rentgenstaru difrakcijas mērījumiem tā, ka režģa neatbilstība starp Ingaas un Inalas slāņiem bija diapazonā no 1 × 10⁻³. Rezultātā tiek optimizēta ierīces veiktspēja ar tumšu strāvu zem 0,75 Pa/μm² pie 10 V un ātra pārejoša reakcija līdz 16 ps pie 5 V. Kopumā MSM struktūras fotodetektors ir vienkāršs un viegli integrēts, parādot zemu tumšo strāvu (PA secība), bet metāla elektrods samazina efektīvo gaismas absorbcijas laukumu ierīcē, tāpēc reakcija ir zemāka par citām struktūrām.

Ingaas tapas fotodetektors ievieto iekšējo slāni starp P-veida kontakta slāni un N veida kontakta slāni, kā parādīts b) attēlā, kas palielina noplicināšanas reģiona platumu, tādējādi izstarojot vairāk elektronu caurumu pāru un veidojot lielāku fotokameru, tāpēc tai ir lieliska elektronu vadīšanas veiktspēja. 2007. gadā A.Poloczek et al. Izmantoja MBE, lai audzētu zemas temperatūras bufera slāni, lai uzlabotu virsmas raupjumu un pārvarētu režģa neatbilstību starp Si un INP. MOCVD tika izmantots, lai integrētu InGaas PIN struktūru uz INP substrāta, un ierīces reakcija bija aptuveni 0,57A /W. 2011. gadā armijas pētījumu laboratorija (ALR) izmantoja PIN fotodetektorus, lai izpētītu LiDAR attēlveidotāju navigācijai, šķēršļu/sadursmju izvairīšanai un maza diapazona mērķa noteikšanai/identifikācijai maziem bezpilota zemes transportlīdzekļiem, kas integrēti ar zemu izmaksu mikroviļņu pastiprinātāja mikroshēmu, kas ievērojami uzlaboja signāla un nosaukuma attiecību ingaaaS pinetector. Pamatojoties uz to, 2012. gadā ALR robotiem izmantoja šo LIDAR attēlu ar noteikšanas diapazonu vairāk nekā 50 m un izšķirtspēju 256 × 128.

Ingaaslavīna fotodetektorsir sava veida fotodetektors ar pastiprinājumu, kura struktūra ir parādīta c) attēlā. Elektronu caurumu pāris iegūst pietiekami daudz enerģijas, darbojoties elektriskajam laukam dubultā reģionā, lai sadurtu ar atomu, ģenerētu jaunus elektronu caurumu pārus, veidotu lavīnu efektu un reizinātu materiālā nesalīdzināmo nesējus. 2013. gadā Džordžs M izmantoja MBE, lai audzētu režģi, kas saskaņoti ar Ingaas un Inalas sakausējumiem uz INP substrāta, izmantojot sakausējuma sastāva izmaiņas, epitaksiālā slāņa biezumu un dopingu līdz modulētai nesēja enerģijai, lai palielinātu elektrohock jonizāciju, vienlaikus samazinot caurumu jonizāciju. Pēc ekvivalenta izejas signāla pastiprinājuma APD parāda zemāku troksni un zemāku tumšo strāvu. 2016. gadā Sun Jianfeng et al. Uzbūvēts 1570 nm lāzera aktīvās attēlveidošanas eksperimentālās platformas komplekts, kura pamatā ir Ingaas Avalanche fotodetektors. Iekšējā shēmaAPD fotodetektorsSaņemtas atbalss un tieši izvadiet digitālos signālus, padarot visu ierīci kompaktu. Eksperimentālie rezultāti ir parādīti att. (d) un (e). D) attēls ir attēlveidošanas mērķa fizisks fotoattēls, un (E) attēls ir trīsdimensiju attāluma attēls. Var skaidri redzēt, ka C laukuma logu laukumam ir noteikts dziļuma attālums ar A un B laukumu. Platforma realizē impulsa platumu, kas mazāks par 10 ns, viena impulsa enerģija (1 ~ 3) MJ regulējama, saņemot objektīva lauka leņķi 2 °, atkārtošanās frekvence 1 kHz, detektora nodokļu attiecība ir aptuveni 60%. Pateicoties APD iekšējam fotokameras pieaugumam, ātrai reakcijai, kompaktajam lielumam, izturībai un zemām izmaksām, APD fotodetektori var būt par lielāku secību lielāku noteikšanas ātrumu nekā tapu fotodetektoriem, tāpēc pašreizējais vispārizglītojošais LiDars galvenokārt dominē laviešu fotodetektori.

Kopumā, strauji attīstot Ingaas sagatavošanas tehnoloģiju mājās un ārzemēs, mēs varam prasmīgi izmantot MBE, MOCVD, LPE un citas tehnoloģijas, lai sagatavotu lielas augstas kvalitātes ingaas epitaksiālo slāni uz INP substrāta. Ingaas fotodetektoriem ir zema tumšā strāva un augsta reakcija, zemākā tumšā strāva ir zemāka par 0,75 Pa/μm², maksimālā reakcija ir līdz 0,57 A/W, un tiem ir ātra pārejoša reakcija (PS secība). Turpmākā Ingaas fotodetektoru attīstība koncentrēsies uz šādiem diviem aspektiem: (1) Ingaas epitaksiālais slānis tiek tieši audzēts uz Si substrāta. Pašlaik lielākā daļa tirgus mikroelektronisko ierīču ir balstītas uz SI, un turpmākā integrētā Ingaas un Si balstītā attīstība ir vispārējā tendence. Tādu problēmu risināšana kā režģa neatbilstība un termiskās izplešanās koeficienta atšķirība ir būtiska ingaas/Si izpētei; (2) 1550 nm viļņu garuma tehnoloģija ir bijusi nobriedusi, un pagarinātais viļņa garums (2,0 ~ 2,5) μm ir turpmākais pētījumu virziens. Palielinoties komponentiem, režģa neatbilstība starp INP substrāta un ingaas epitaksiālo slāni novedīs pie nopietnākas dislokācijas un defektus, tāpēc ir jāoptimizē ierīces procesa parametri, samazina režģa defektus un samazina ierīces tumšo strāvu.