Struktura e fotodetektorit InGaAs

Struktura eFotodetektor InGaAs

Që nga vitet 1980, studiuesit brenda dhe jashtë vendit kanë studiuar strukturën e fotodetektorëve InGaAs, të cilët ndahen kryesisht në tre lloje. Ata janë InGaAs fotodetektor metal-gjysmëpërçues-metal (MSM-PD), InGaAs PIN Photodetector (PIN-PD) dhe InGaAs Photodetector Orteku (APD-PD). Ka dallime të rëndësishme në procesin e prodhimit dhe koston e fotodetektorëve InGaAs me struktura të ndryshme, dhe ka edhe dallime të mëdha në performancën e pajisjes.

InGaAs metal-gjysmëpërçues-metalfotodetektor, i paraqitur në figurën (a), është një strukturë e veçantë e bazuar në kryqëzimin Schottky. Në vitin 1992, Shi et al. përdori teknologjinë e epitaksisë së fazës së avullit metal-organik me presion të ulët (LP-MOVPE) për të rritur shtresat e epitaksisë dhe përgatiti fotodetektor MSM InGaAs, i cili ka një reagim 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. përdori epitaksinë e rrezeve molekulare të fazës së gazit (GSMBE) për të rritur shtresën e epitaksisë InAlAs-InGaAs-InP. Shtresa InAlAs tregoi karakteristika të rezistencës së lartë dhe kushtet e rritjes u optimizuan me matjen e difraksionit me rreze X, kështu që mospërputhja e rrjetës midis shtresave InGaAs dhe InAlAs ishte brenda intervalit 1×10-3. Kjo rezulton në performancë të 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 t'u integruar, duke treguar rrymë të ulët të errët (pA rendit), 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.

Fotodetektori 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 elektron-vrima dhe duke formuar një fotorrymë më e madhe, kështu që ka performancë të shkëlqyer 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 rrjetës midis Si dhe InP. MOCVD u përdor për të integruar strukturën PIN të InGaAs në nënshtresën InP, dhe reagimi i pajisjes ishte rreth 0.57A /W. Në vitin 2011, Laboratori i Kërkimeve të Ushtrisë (ALR) përdori fotodetektorë PIN për të studiuar një imazher liDAR për navigimin, shmangien e pengesave/përplasjeve dhe zbulimin/identifikimin e objektivave me rreze të shkurtër veprimi për automjetet e vogla tokësore pa pilot, të integruar me një çip amplifikues mikrovalë me kosto të ulët që përmirësoi ndjeshëm raportin sinjal-zhurmë të fotodetektorit PIN InGaAs. Mbi këtë bazë, në vitin 2012, ALR përdori këtë imazher liDAR për robotë, me një rreze zbulimi prej më shumë se 50 m dhe një rezolucion prej 256 × 128.

InGaAsfotodetektor ortekuështë një lloj fotodetektori me fitim, struktura e të cilit është paraqitur në figurën (c). Çifti elektron-vrima merr energji të mjaftueshme nën veprimin e fushës elektrike brenda zonës së dyfishimit, në mënyrë që të përplaset me atomin, të gjenerojë çifte të reja elektron-vrima, të formojë një efekt orteku dhe të shumëzojë bartësit jo-ekuilibër në material. . Në vitin 2013, George M përdori MBE për të rritur lidhjet e përputhshme të rrjetave InGaAs dhe InAlAs në një substrat InP, duke përdorur ndryshime në përbërjen e aliazhit, trashësinë e shtresës epitaksiale dhe doping në energjinë e moduluar të bartësit për të maksimizuar jonizimin e elektroshokut duke minimizuar 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 platformash eksperimentale të imazhit aktiv me lazer 1570 nm bazuar në fotodetektorin e ortekëve InGaAs. Qarku i brendshëm iFotodetektor APDmori jehona dhe lëshon drejtpërdrejt 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 tredimensional i distancës. Mund të shihet qartë se zona e dritares së zonës c ka një distancë të caktuar thellësie me zonën A dhe b. Platforma realizon gjerësinë e pulsit më të vogël se 10 ns, energji pulsi të vetme (1 ~ 3) mJ e rregullueshme, fushë e lenteve marrëse kënd prej 2°, frekuencë përsëritjeje prej 1 kHz, raport i punës së detektorit rreth 60%. Falë fitimit të rrymës së brendshme të APD, reagimit të shpejtë, madhësisë kompakte, qëndrueshmërisë dhe kostos së ulët, fotodetektorët APD mund të jenë një shkallë më e lartë në shpejtësinë e zbulimit se fotodetektorët PIN, kështu që liDAR-i aktual i zakonshëm dominohet kryesisht nga fotodetektorët e ortekëve.

Në përgjithësi, me zhvillimin e shpejtë të teknologjisë së përgatitjes InGaAs brenda dhe jashtë vendit, ne mund të përdorim me mjeshtëri MBE, MOCVD, LPE dhe teknologji të tjera për të përgatitur shtresën epitaksiale InGaAs me cilësi të lartë në sipërfaqe të madhe në nënshtresën InP. Fotodetektorët 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, reagimi maksimal është deri në 0,57 A/W dhe ka një përgjigje të shpejtë kalimtare (rendi ps). Zhvillimi i ardhshëm i fotodetektorëve InGaAs do të fokusohet në dy aspektet e mëposhtme: (1) Shtresa epitaksiale InGaAs rritet drejtpërdrejt në substratin Si. Aktualisht, shumica e pajisjeve mikroelektronike në treg janë të bazuara në Si, dhe zhvillimi i mëpasshëm i integruar i bazuar në InGaA dhe Si është tendenca e përgjithshme. Zgjidhja e problemeve të tilla si mospërputhja e rrjetës dhe diferenca e koeficientit të zgjerimit termik është vendimtare për studimin e InGaAs/Si; (2) Teknologjia me gjatësi vale 1550 nm ka qenë e pjekur dhe gjatësia e valës së zgjatur (2,0 ~ 2,5) μm është drejtimi i ardhshëm i kërkimit. Me rritjen e komponentëve In, mospërputhja e rrjetës ndërmjet nënshtresës InP dhe shtresës epitaksiale InGaAs do të çojë në dislokime dhe defekte më serioze, prandaj është e nevojshme të optimizohen parametrat e procesit të pajisjes, të zvogëlohen defektet e rrjetës dhe të zvogëlohet rryma e errët e pajisjes.


Koha e postimit: Maj-06-2024