Struktura eFotodetektor InGaAs
Që nga vitet 1980, studiuesit kanë studiuar strukturën e fotodetektorëve InGaAs, të cilët mund të përmblidhen në tre lloje kryesore: metal InGaAs, metal gjysmëpërçuesfotodetektorë(MSM-PD), InGaAsFotodetektorë PIN(PIN-PD), dhe InGaAsfotodetektorë ortekësh(APD-PD). Ka dallime të rëndësishme në procesin e prodhimit dhe koston e fotodetektorëve InGaAs me struktura të ndryshme, dhe ka gjithashtu dallime të rëndësishme në performancën e pajisjes.
Diagrami skematik i strukturës së fotodetektorit metalik gjysmëpërçues InGaAs është treguar në figurë, e cila është një strukturë e veçantë e bazuar në kryqëzimin Schottky. Në vitin 1992, Shi et al. përdorën teknologjinë epitaksi të fazës së avullit organik të metalit me presion të ulët (LP-MOVPE) për të rritur shtresa epitaksiale dhe për të përgatitur fotodetektorë InGaAs MSM. Pajisja ka një përgjegjshmëri të lartë prej 0.42 A/W në një gjatësi vale prej 1.3 μ m dhe një rrymë të errët më të vogël se 5.6 pA/μ m² në 1.5 V. Në vitin 1996, studiuesit përdorën epitaksi të rrezes molekulare në fazë gazi (GSMBE) për të rritur shtresat epitaksiale InAlAs InGaAs InP, të cilat shfaqnin karakteristika të larta rezistence. Kushtet e rritjes u optimizuan përmes matjeve të difraksionit me rreze X, duke rezultuar në një mospërputhje të rrjetës midis shtresave InGaAs dhe InAlAs brenda intervalit 1 × 10 ⁻ ³. Si rezultat, performanca e pajisjes u optimizua, me një rrymë të errët më pak se 0.75 pA/μ m² në 10 V dhe një përgjigje të shpejtë kalimtare prej 16 ps në 5 V. Në përgjithësi, fotodetektori me strukturë MSM ka një strukturë të thjeshtë dhe të lehtë për t’u integruar, duke shfaqur rrymë të errët më të ulët (niveli pA), por elektroda metalike zvogëlon zonën efektive të thithjes së dritës së pajisjes, duke rezultuar në një reagim më të ulët krahasuar me strukturat e tjera.
Fotodetektori InGaAs PIN ka një shtresë të brendshme të futur midis shtresës së kontaktit të tipit P dhe shtresës së kontaktit të tipit N, siç tregohet në figurë, e cila rrit gjerësinë e rajonit të varfërimit, duke rrezatuar kështu më shumë çifte vrimash elektroni dhe duke formuar një fotorrymë më të madhe, duke shfaqur kështu përçueshmëri të shkëlqyer elektronike. Në vitin 2007, studiuesit përdorën MBE për të rritur shtresa tampon me temperaturë të ulët, duke përmirësuar ashpërsinë e sipërfaqes dhe duke kapërcyer mospërputhjen e rrjetës midis Si dhe InP. Ata integruan strukturat InGaAs PIN në substratet InP duke përdorur MOCVD, dhe përgjegjshmëria e pajisjes ishte afërsisht 0.57 A/W. Në vitin 2011, studiuesit përdorën fotodetektorë PIN për të zhvilluar një pajisje imazherie LiDAR me rreze të shkurtër për navigim, shmangie të pengesave/përplasjeve dhe zbulim/njohje të objektivave të automjeteve të vogla tokësore pa pilot. Pajisja u integrua me një çip amplifikator mikrovalësh me kosto të ulët, duke përmirësuar ndjeshëm raportin sinjal-zhurmë të fotodetektorëve InGaAs PIN. Mbi këtë bazë, në vitin 2012, studiuesit aplikuan këtë pajisje imazherie LiDAR te robotët, me një rreze zbulimi mbi 50 metra dhe një rezolucion të rritur në 256 × 128.
Fotodetektor InGaAs për ortek është një lloj fotodetektor me fitim, siç tregohet në diagramin e strukturës. Çiftet e vrimave të elektroneve marrin energji të mjaftueshme nën veprimin e fushës elektrike brenda rajonit të dyfishimit dhe përplasen me atomet për të gjeneruar çifte të reja vrimash elektronike, duke formuar efektin e ortekëve dhe duke dyfishuar bartësit e ngarkesës jo në ekuilibër në material. Në vitin 2013, studiuesit përdorën MBE për të rritur lidhje InGaAs dhe InAlAs të përputhura me rrjetën në substratet InP, duke moduluar energjinë e bartësit përmes ndryshimeve në përbërjen e lidhjes, trashësinë e shtresës epitaksiale dhe dopingun, duke maksimizuar jonizimin e elektroshokëve ndërsa minimizojnë jonizimin e vrimave. Nën fitimin e sinjalit të daljes ekuivalente, APD shfaq zhurmë të ulët dhe rrymë të errët më të ulët. Në vitin 2016, studiuesit ndërtuan një platformë eksperimentale të imazhit aktiv me lazer 1570 nm bazuar në fotodetektorë ortekësh InGaAs. Qarku i brendshëm iFotodetektor APDjehonat e marra dhe sinjalet dixhitale të nxjerra direkt, duke e bërë të gjithë pajisjen kompakte. Rezultatet eksperimentale tregohen në figurat (d) dhe (e). Figura (d) është një foto fizike e objektivit të imazhit, dhe Figura (e) është një imazh tre-dimensional i distancës. Mund të shihet qartë se zona e dritares në Zonën C ka një distancë të caktuar thellësie nga Zonat A dhe B. Kjo platformë arrin një gjerësi pulsi më të vogël se 10 ns, energji të rregullueshme të pulsit të vetëm (1-3) mJ, një kënd të fushës së shikimit prej 2 ° për lentet transmetuese dhe marrëse, një shkallë përsëritjeje prej 1 kHz dhe një cikël pune detektorësh prej afërsisht 60%. Falë fitimit të brendshëm të fotorrymës, përgjigjes së shpejtë, madhësisë kompakte, qëndrueshmërisë dhe kostos së ulët të APD, fotodetektorët APD mund të arrijnë një shkallë zbulimi që është një rend madhësie më e lartë se fotodetektorët PIN. Prandaj, aktualisht radari lazer kryesor përdor kryesisht fotodetektorë ortekësh.
Koha e postimit: 11 shkurt 2026