Struktura e fotodetektorit Ingaas

Struktura eIngaas fotodetektor

Që nga vitet '80, studiuesit brenda dhe jashtë vendit kanë studiuar strukturën e fotodetektorëve të Ingaas, të cilat kryesisht ndahen në tre lloje. Ato janë fotodetektorë metalikë-semonductor-metalik Ingaas (MSM-PD), Photodetector PIN INGAAS (PIN-PD) dhe Photodetector Avalanche Ingaas (APD-PD). Ekzistojnë ndryshime të konsiderueshme në procesin e trillimit dhe koston e fotodetektorëve të INGAAS me struktura të ndryshme, dhe ka edhe dallime të mëdha në performancën e pajisjes.

Ingaas metal-semonductor-metalfotodetektor, treguar në figurën (a), është një strukturë e veçantë e bazuar në kryqëzimin Schottky. Në 1992, Shi et al. Përdoret teknologjia e epitaksisë së avullit të avullit me presion të ulët të avullit metalik (LP-MOVPE) për të rritur shtresa epitaksie dhe përgatitur fotodetektorin Ingaas MSM, i cili ka një përgjegjësi të lartë prej 0.42 A/ W në një gjatësi vale prej 1.3 μm dhe një rrymë të errët më të ulët se 5.6 pa/ μm² në 1.5 V. Në 1996, Zhang et al. Epitaksia e rrezes molekulare të fazës së gazit të përdorur (GSMBE) për të rritur shtresën e epitaksisë Inalas-ingaas-inp. Shtresa e Inalas tregoi karakteristika të larta të rezistencës, dhe kushtet e rritjes u optimizuan nga matja e difraksionit me rreze X, në mënyrë që mospërputhja e grilës midis shtresave InGAAS dhe INALAS të ishte brenda intervalit 1 × 10⁻³. Kjo rezulton në performancën e optimizuar të pajisjes me rrymë të errët nën 0.75 pA/μm² në 10 V dhe përgjigje të shpejtë kalimtare deri në 16 ps në 5 V. Në tërësi, fotodetektori i strukturës MSM është i thjeshtë dhe i lehtë për tu integruar, duke treguar rrymë të ulët të errët (rendi i PA), por elektroda metalike do të zvogëlojë zonën efektive të thithjes së dritës së pajisjes, kështu që përgjigja është më e ulët se strukturat e tjera.

Photodetector PIN INGAAS fut një shtresë të brendshme midis shtresës së kontaktit të tipit P dhe shtresës së kontaktit të tipit N, siç tregohet në figurën (b), e cila rrit gjerësinë e rajonit të varfërimit, duke rrezatuar kështu më shumë çifte elektronesh me vrimë elektronike dhe duke formuar një fotokurrin më të madh, kështu që ka një performancë të shkëlqyeshme të përcjelljes së elektroneve. Në vitin 2007, A.Poloczek et al. përdori MBE për të rritur një shtresë tampon me temperaturë të ulët për të përmirësuar vrazhdësinë e sipërfaqes dhe për të kapërcyer mospërputhjen e grilës midis SI dhe INP. MOCVD u përdor për të integruar strukturën e pinit Ingaas në substratin e INP, dhe përgjegjësia e pajisjes ishte rreth 0.57A /W. Në vitin 2011, Laboratori i Kërkimit të Ushtrisë (ALR) përdori fotodetektorë PIN për të studiuar një imazh LiDAR për navigacion, pengim/shmangie të përplasjes, dhe zbulimin/identifikimin e synimeve me rreze të shkurtër për automjete të vogla tokësore pa pilot, të integruar me një çip të amplifikatorit me mikrovalë me kosto të ulët që në mënyrë të konsiderueshme të përmirësonte raportin e sinjalit-nyje të Ingaas Pin Photodetector. Mbi këtë bazë, në vitin 2012, ALR e përdori këtë imazh Lidar për robotë, me një gamë zbulimi më shumë se 50 m dhe një rezolutë prej 256 × 128.

Ingaasfotodetektor ortekuështë një lloj fotodetektori me fitim, struktura e së cilës është treguar në figurën (c). Pairifti me vrimë elektronike fiton energji të mjaftueshme nën veprimin e fushës elektrike brenda rajonit të dyfishimit, në mënyrë që të përplaset me atomin, të gjenerojë çifte të reja me vrima elektronike, të formojë një efekt orteku dhe të shumëfishojë transportuesit jo ekuilibrues në material. Në vitin 2013, George M përdori MBE për të rritur lidhjet e lidhura me grilat dhe lidhjet e Inalas në një substrat INP, duke përdorur ndryshime në përbërjen e aliazhit, trashësinë e shtresës epitaksiale dhe dopingun në energji të moduluar të bartësit për të maksimizuar jonizimin e elektroshokut ndërsa minimizon jonizimin e vrimave. Në fitimin ekuivalent të sinjalit të daljes, APD tregon zhurmë më të ulët dhe rrymë më të ulët të errët. Në vitin 2016, Sun Jianfeng et al. Ndërtoi një grup prej platforme eksperimentale të imazheve aktive me lazer 1570 nm, bazuar në fotodetektorin e ortekut Ingaas. Qarku i brendshëm iFotodetektor APDMarrë jehonë dhe dalin direkt sinjale dixhitale, duke e bërë të gjithë pajisjen kompakte. Rezultatet eksperimentale janë paraqitur në FIG. (d) dhe (e). Figura (d) është një foto fizike e objektivit të imazhit, dhe figura (e) është një imazh tre-dimensional në distancë. Mund të shihet qartë se zona e dritares së zonës C ka një distancë të caktuar të thellësisë me zonën A dhe B. Platforma realizon gjerësinë e pulsit më pak se 10 ns, energjinë e vetme pulsi (1 ~ 3) MJ të rregullueshme, duke marrë këndin e fushës së lenteve prej 2 °, frekuencën e përsëritjes prej 1 kHz, raporti i detyrës së detektorit prej rreth 60%. Falë përfitimit të brendshëm të fotokurrent të APD -së, përgjigjes së shpejtë, madhësisë kompakte, qëndrueshmërisë dhe kostos së ulët, fotodetektorët e APD mund të jenë një renditje me madhësi më të lartë në shkallën e zbulimit sesa fotodetektorët e pinit, kështu që LiDAR aktual aktual është i dominuar kryesisht nga fotodetektorët e Avalanche.

Në përgjithësi, me zhvillimin e shpejtë të teknologjisë së përgatitjes së INGAAS brenda dhe jashtë vendit, ne mund të përdorim me mjeshtëri MBE, MOCVD, LPE dhe teknologji të tjera për të përgatitur shtresën epitaksiale me cilësi të lartë Ingjaksiale në substratin ENP. Fotodetektorët e INGAAS shfaqin rrymë të ulët të errët dhe reagim të lartë, rryma më e ulët e errët është më e ulët se 0.75 pa/μm², përgjegjësia maksimale është deri në 0.57 A/W, dhe ka një përgjigje të shpejtë kalimtare (rendi PS). Zhvillimi i ardhshëm i fotodetektorëve të INGAAS do të përqendrohet në dy aspektet e mëposhtme: (1) Shtresa epitaksiale IngaaS është rritur drejtpërdrejt në substratin SI. Aktualisht, shumica e pajisjeve mikroelektronike në treg janë të bazuara në SI, dhe zhvillimi i mëvonshëm i integruar i INGAAS dhe SI i bazuar është tendenca e përgjithshme. Zgjidhja e problemeve të tilla si mospërputhja e grilës dhe ndryshimi i koeficientit të zgjerimit termik është thelbësore për studimin e InGAAS/Si; (2) Teknologjia e gjatësisë së valës 1550 nm ka qenë e pjekur, dhe gjatësia e valës së zgjatur (2.0 ~ 2.5) μm është drejtimi i ardhshëm i hulumtimit. Me rritjen e përbërësve, mospërputhja e grilës midis substratit të INP dhe shtresës epitaksiale të InGAAS do të çojë në zhvendosje dhe defekte më serioze, kështu që është e nevojshme të optimizoni parametrat e procesit të pajisjes, të zvogëloni defektet e grilës dhe të zvogëloni rrymën e errët të pajisjes.