Ingaas'ın yapısı Photodetector

YapısıIngaas Photodetector

1980'lerden bu yana, yurtiçinde ve yurtdışındaki araştırmacılar, esas olarak üç türe ayrılmış olan INGAAS fotodetektörlerinin yapısını incelediler. Bunlar, InGaAs metal-sememikatör-metal fotodetektör (MSM-PD), INGAAS PIN fotodetektör (PIN-PD) ve Ingaas çığ fotodetektör (APD-PD). Farklı yapılara sahip INGAAS fotodetektörlerinin imalat sürecinde ve maliyetinde önemli farklılıklar vardır ve cihaz performansında da büyük farklılıklar vardır.

Ingaas metal-semikondüktör-metalfotodetektörŞekil (a) 'da gösterilen, Schottky kavşağına dayanan özel bir yapıdır. 1992'de Shi ve ark. 1.3 μm ve 1996 yılında 1.5 V. dalga boyunda 5,6 PA/ μm²'den daha düşük bir koyu akım, Zhang ve ark. inalas-ingaas-inp epitaks katmanını büyütmek için kullanılmış gaz fazı moleküler ışın epitaksi (GSMBE). Inalas tabakası yüksek direnç özellikleri gösterdi ve büyüme koşulları X-ışını kırınım ölçümü ile optimize edildi, böylece IngaAs ve Inalas katmanları arasındaki kafes uyumsuzluğu 1 × 10⁻³ aralığındaydı. Bu, 10 V'da 0.75 PA/μm²'nin altında karanlık akım ve 5 V'da 16 ps'ye kadar hızlı geçici tepki ile optimize edilmiş cihaz performansı ile sonuçlanır. Genel olarak, MSM yapısı fotodetektör basit ve entegre edilmesi kolaydır, ancak metal elektrot cihazın etkili ışık emilim alanını azaltır, bu nedenle tepki diğer yapılardan daha düşüktür.

InGAAS pim fotodetektör, p-tipi temas katmanı ile N tipi temas katmanı arasında, tükenme bölgesinin genişliğini arttıran ve böylece daha fazla elektron delik çiftini yayan ve daha büyük bir foto akış oluşturan bir iç tabaka ekler, böylece mükemmel elektron performansına sahiptir. 2007 yılında A.Poloczek ve ark. MBE'yi yüzey pürüzlülüğünü iyileştirmek ve SI ve Inp arasındaki kafes uyuşmazlığının üstesinden gelmek için düşük sıcaklık tampon tabakası yetiştirmek için kullandı. MOCVD, INP substratına INGAAS pim yapısını entegre etmek için kullanıldı ve cihazın duyarlılığı yaklaşık 0.57a /W idi. 2011 yılında, Ordu Araştırma Laboratuvarı (ALR), navigasyon, engel/çarpışma önleme ve küçük insansız zemin araçları için kısa menzilli hedef algılama/tanımlama, düşük maliyetli bir mikrodalga amplifikatör çipi ile entegre olan pin fotodetektörlerini, pin pin fotodetectorunun sinyal-gürültü oranını önemli ölçüde geliştiren kısa menzilli hedef algılama/tanımlama için kullandı. Bu temelde, 2012'de ALR bu LiDAR görüntüleyicisini robotlar için, 50 m'den fazla algılama aralığı ve 256 × 128 çözünürlüğü ile kullandı.

IngaasÇığ Photodetectoryapısı Şekil (c) 'de gösterilen kazançlı bir tür fotodetektördür. Elektron deliği çifti, atomla çarpışacak, yeni elektron deliği çiftleri üretmek, çığ etkisi oluşturmak ve malzemedeki denge olmayan taşıyıcıları çoğaltmak için ikiye katlama bölgesi içindeki elektrik alanının etkisi altında yeterli enerji elde eder. 2013 yılında George M, bir INP substratı üzerinde, alaşım bileşimindeki değişiklikler, epitaksiyal tabaka kalınlığı ve delik iyonizasyonunu en aza indirirken elektroShock iyonizasyonunu en üst düzeye çıkarmak için modüle edilmiş taşıyıcı enerjiye doping kullanarak bir INP substratı üzerinde kafes eşleşen InGAA'lar ve Inalas alaşımlarını yetiştirmek için MBE'yi kullandı. Eşdeğer çıkış sinyali kazancında, APD daha düşük gürültü ve düşük karanlık akım gösterir. 2016 yılında Sun Jianfeng ve ark. INGAAS Çığ Fotodetektörüne dayanan 1570 nm lazer aktif görüntüleme deney platformu oluşturdu. İç devresiAPD PhotodetectorAlınan yankılar ve doğrudan dijital sinyaller çıktı, tüm cihazı kompakt hale getirdi. Deneysel sonuçlar Şek. (d) ve (e). Şekil (d) görüntüleme hedefinin fiziksel bir fotoğrafıdır ve Şekil (e) üç boyutlu bir mesafe görüntüsüdür. C alanının pencere alanının A ve B alanı ile belirli bir derinlik mesafesine sahip olduğu açıkça görülebilir. Platform, 10 ns'den daha az darbe genişliği, tek darbe enerjisi (1 ~ 3) MJ ayarlanabilir, 2 ° lens saha açısı, 1 kHz tekrar frekansı, dedektör görev oranı yaklaşık%60'ı gerçekleştirir. APD'nin dahili foto -akım kazancı, hızlı tepki, kompakt boyut, dayanıklılık ve düşük maliyet sayesinde, APD fotodetektörler tespit oranında pim fotodetektörlerinden daha yüksek bir büyüklük sırası olabilir, bu nedenle mevcut ana akım lidar esas olarak çığ fotodetektörleri hakimdir.

Genel olarak, InGAAS hazırlık teknolojisinin yurtiçinde ve yurtdışında hızlı gelişimi ile, INP substratı üzerinde büyük alanlı yüksek kaliteli INGAAS epitaksiyal katmanı hazırlamak için MBE, MOCVD, LPE ve diğer teknolojileri ustaca kullanabiliriz. INGAAS fotodetektörleri düşük karanlık akım ve yüksek duyarlılık sergiler, en düşük karanlık akım 0.75 PA/μm²'den düşüktür, maksimum duyarlılığı 0.57 A/W'ya kadardır ve hızlı geçici bir yanıtı vardır (PS sırası). InGAAS fotodetektörlerinin gelecekteki gelişimi aşağıdaki iki yöne odaklanacaktır: (1) InGAAS epitaksiyal tabakası doğrudan SI substratında büyütülür. Şu anda, piyasadaki mikroelektronik cihazların çoğu SI tabanlıdır ve daha sonra IngaA'ların ve SI tabanlı entegre gelişme genel eğilimdir. Kafes uyuşmazlığı ve termal genleşme katsayısı farkı gibi problemlerin çözülmesi, InGaAs/Si çalışması için çok önemlidir; (2) 1550 nm dalga boyu teknolojisi olgunlaşmıştır ve genişletilmiş dalga boyu (2.0 ~ 2.5) μm gelecekteki araştırma yönüdür. Bileşenlerin artmasıyla, INP substratı ve IngAAs epitaksiyal tabakası arasındaki kafes uyuşmazlığı daha ciddi çıkıklara ve kusurlara yol açacaktır, bu nedenle cihaz işlemi parametrelerini optimize etmek, kafes kusurlarını azaltmak ve cihaz karanlık akımını azaltmak gerekir.