Ingaas fotodetektori struktuur

StruktuurIngaas fotodetektor

Alates 1980. aastatest on kodu- ja välismaal teadlased uurinud InGAAS -i fotodetektorite ülesehitust, mis on peamiselt jagatud kolmeks tüübiks. Need on InGAAS-i metalli-semonductor-Metal fotodetektor (MSM-PD), InGAAS-i pin-fotodetektor (pin-pd) ja Ingaas Avalanche PhotoDetector (APD-PD). Erinevate struktuuridega InGAAS -i fotodetektorite valmistamisprotsessis ja maksumuses on olulisi erinevusi ning seadme jõudluses on ka suuri erinevusi.

Ingaase metalli-semonductor-metalfotodetektor, näidatud joonisel (a), on spetsiaalne struktuur, mis põhineb Schottky ristmikul. 1992. aastal olid Shi jt. Kasutati madala rõhuga metalli-orgaanilise aurufaasi epitaksiatehnoloogiat (LP-MOVPE) epitaksia kihtide kasvatamiseks ja valmistatud Ingaas MSM fotodetektor, mille reageerimisvõime on kõrge 0,42 a/ W lainepikkusel 1,3 μm ja tume vool, mis on madalam kui 5,6 PA/ μm² temperatuuril 1,5 V. aastal 1996, Zhang jt. Kasutatud gaasifaasi molekulaarkiire epitaksia (GSMBE), et kasvatada inlas-inaas-inp epitaksia kihti. Inalade kihil oli kõrge vastupidavuse omadused ja kasvutingimusi optimeeriti röntgendifraktsiooni mõõtmisega, nii et Lattici ebakõla InGAA-de ja Inalase kihtide vahel oli vahemikus 1 × 10⁻³. Selle tulemuseks on optimeeritud seadme jõudlus tumeda vooluga alla 0,75 PA/μm² temperatuuril 10 V ja kiiret mööduvat vastust kuni 16 PS temperatuuril 5 V. Üldiselt on MSM -i struktuuri fotodetektor lihtne ja hõlpsasti integreeritav, näidates madalat tumedat voolu (PA -järjekord), kuid metallielektrood vähendab seadme efektiivset valguse neeldumist, nii et reageerimine on madalam kui muud konstruktsioonid.

Ingaas Pin Photodetektor lisab sisemise kihi p-tüüpi kontaktkihi ja N-tüüpi kontaktkihi vahele, nagu on näidatud joonisel (B), mis suurendab kahanemispiirkonna laiust, kiirgades sellega rohkem elektron-augupaare ja moodustades suuremat fotovoolu, nii et sellel on suurepärase elektronitegevuse jõudlus. 2007. aastal olid A.Poloczek jt. Kasutati MBE madala temperatuuriga puhverkihi kasvatamiseks, et parandada pinna karedust ja ületada SI ja INP vahelise võre sobimatuse üle. MOCVD -d kasutati inGAAS -i tihvti struktuuri integreerimiseks INP substraadile ja seadme reageerimisvõime oli umbes 0,57A /W. 2011. aastal kasutas armee uurimislabor (ALR) PIN-fotodetektoreid, et uurida navigeerimise, takistuste/kokkupõrke vältimise ja lühiajaliste sihtmärkide tuvastamist/identifitseerimist väikeste mehitamata maapealsete sõidukite jaoks, mis on integreeritud madala hinnaga mikrolainega võimendi kiibiga, mis parandas märkimisväärselt signaalide ja mitte-mitte-i-pin-fotode sektori signaalide suhet. Selle põhjal kasutas ALR 2012. aastal seda lidari kujutist robotite jaoks, tuvastusvahemik üle 50 m ja eraldusvõimega 256 × 128.

Ingaaslaviini fotodetektoron omamoodi võimendusega fotodetektor, mille struktuur on näidatud joonisel (C). Elektron-augupaar saab kahekordistuva piirkonna elektrivälja toimel piisavalt energiat, et põrkuda aatomiga, genereerida uusi elektron-augupaare, moodustada laviini efekt ja korrutada materjali mittetasandilised kandjad. 2013. aastal kasutas George M MBE -d INP substraadil võrega sobivate InGAA -de ja Inalasi sulamite kasvatamiseks, kasutades sulami koostise muutusi, epitaksiaalse kihi paksust ja dopingut moduleeritud kandja energiaks, et maksimeerida elektroshocki ionisatsiooni, minimeerides aukude ioniseerimist. Samaväärse väljundsignaali võimenduse korral näitab APD madalamat müra ja alumist tumedat voolu. 2016. aastal Sun Jianfeng jt. Ehitas Ingaas Avalanche fotodetektoril põhineva 1570 nm laser -aktiivse pildistamise eksperimentaalse platvormi komplekti. Sisemine vooluringAPD fotodetektorVastuvõetud kajad ja väljastavad otse digitaalsignaale, muutes kogu seadme kompaktseks. Eksperimentaalsed tulemused on näidatud joonisel fig. (d) ja (e). Joonis (D) on pildistamise sihtmärgi füüsiline foto ja joonis (E) on kolmemõõtmeline vahemaa pilt. On selgelt näha, et pindala C akende pindala on teatud sügavuskaugus pindala A ja B -ga. Platvorm realiseerib impulsi laiuse vähem kui 10 ns, ühe impulsi energia (1 ~ 3) MJ reguleeritav, läätse väljanurk 2 °, kordussagedus 1 kHz, detektori tollimaksu suhe umbes 60%. Tänu APD sisemisele fotovoolu võimendusele, kiirele reageerimisele, kompaktsele suurusele, vastupidavusele ja odavatele kuludele võivad APD fotodetektorid olla suurusjärku kõrgem kui tuvastuskiirus kui PIN -i fotodetektorites, seega domineerivad peamiselt laviini fotodetektorid.

Üldiselt saame InGAAS-i ettevalmistustehnoloogia kiire arenguga kodus ja välismaal kasutada oskuslikult MBE, MOCVD, LPE ja muid tehnoloogiaid, et valmistada ette suure piirkonna kvaliteetse IngaaS-i epitaksiaalse kihi INP substraadil. Ingaas -fotodetektorid on madala tumeda voolu ja kõrge reageerimisvõimega, madalaim tume vool on madalam kui 0,75 PA/μm², maksimaalne reageerimisvõime on kuni 0,57 A/W ja sellel on kiire mööduv vastus (PS järjekord). InGAAS -i fotodetektorite edasine areng keskendub kahele järgmisele aspektile: (1) InGAAS epitaksiaalse kihi kasvatatakse otseselt Si substraadil. Praegu on enamik turul olevatest mikroelektroonilistest seadmetest SI -l põhinevad ning järgnev InGAA -de ja SI -põhiste integreeritud areng on üldine trend. InGAA -de/SI uurimisel on ülioluline selliste probleemide, näiteks võre ebakõla ja soojuspaisumisteguri erinevus; (2) 1550 nm lainepikkuse tehnoloogia on olnud küps ja laiendatud lainepikkus (2,0 ~ 2,5) μm on tulevane uurimissuund. Komponentide suurenemisega põhjustab INP substraadi ja InGAAS -i epitaksiaalse kihi vaheline võre ebakõla tõsisema dislokatsiooni ja defektide vahel, seetõttu on vaja optimeerida seadme protsessi parameetreid, vähendada võredefekte ja vähendada seadme tumedat voolu.