YapısıInGaAs fotodedektörü
1980'lerden bu yana, yurtiçi ve yurtdışındaki araştırmacılar, temel olarak üç türe ayrılan InGaAs fotodedektörlerinin yapısını incelemektedir: InGaAs metal-yarıiletken-metal fotodedektör (MSM-PD), InGaAs PIN Fotodedektörü (PIN-PD) ve InGaAs Çığ Fotodedektörü (APD-PD). Farklı yapılardaki InGaAs fotodedektörlerinin üretim süreci ve maliyetleri arasında önemli farklılıklar vardır ve cihaz performansları da büyük farklılıklar göstermektedir.
InGaAs metal-yarı iletken-metalfotodedektörŞekil (a)'da gösterilen, Schottky birleşimine dayanan özel bir yapıdır. 1992'de Shi ve arkadaşları, epitaksi katmanlarını büyütmek için düşük basınçlı metal-organik buhar fazı epitaksi teknolojisini (LP-MOVPE) kullandılar ve 1,3 μm dalga boyunda 0,42 A/W'lık yüksek bir tepkiselliğe ve 1,5 V'da 5,6 pA/ μm²'den düşük bir karanlık akıma sahip InGaAs MSM fotodedektörü hazırladılar. 1996'da Zhang ve arkadaşları, InAlAs-InGaAs-InP epitaksi katmanını büyütmek için gaz fazı moleküler ışın epitaksisini (GSMBE) kullandılar. InAlAs katmanı yüksek özdirenç özellikleri gösterdi ve büyüme koşulları X-ışını kırınımı ölçümü ile optimize edildi, böylece InGaAs ve InAlAs katmanları arasındaki kafes uyumsuzluğu 1×10⁻³ aralığında oldu. Bu, 10 V'da 0,75 pA/μm²'nin altında karanlık akım ve 5 V'da 16 ps'ye kadar hızlı geçiş tepkisi ile optimize edilmiş cihaz performansıyla sonuçlanır. Genel olarak, MSM yapı fotodedektörü basit ve entegrasyonu kolaydır, düşük karanlık akım (pA mertebesinde) gösterir, ancak metal elektrot cihazın etkin ışık emilim alanını azaltacağından tepki diğer yapılardan daha düşüktür.
InGaAs PIN fotodetektörü, Şekil (b)'de gösterildiği gibi, P tipi temas katmanı ile N tipi temas katmanı arasına içsel bir katman yerleştirerek tükenme bölgesinin genişliğini artırır, böylece daha fazla elektron-delik çifti yayar ve daha büyük bir fotoakım oluşturur, böylece mükemmel elektron iletim performansına sahiptir. 2007 yılında A.Poloczek ve arkadaşları, yüzey pürüzlülüğünü iyileştirmek ve Si ile InP arasındaki kafes uyumsuzluğunu gidermek için düşük sıcaklıklı bir tampon katman oluşturmak üzere MBE'yi kullandılar. InGaAs PIN yapısını InP alt tabakasına entegre etmek için MOCVD kullanıldı ve cihazın tepki süresi yaklaşık 0,57A/W idi. 2011 yılında, Ordu Araştırma Laboratuvarı (ALR), küçük insansız kara araçları için navigasyon, engel/çarpışma önleme ve kısa menzilli hedef tespiti/tanımı için bir liDAR görüntüleyiciyi incelemek üzere PIN fotodedektörlerini kullandı. Bu görüntüleyici, InGaAs PIN fotodedektörünün sinyal-gürültü oranını önemli ölçüde iyileştiren düşük maliyetli bir mikrodalga amplifikatör çipiyle entegre edildi. Bu temelde, ALR 2012 yılında, 50 metreden fazla algılama menzili ve 256 × 128 çözünürlüğe sahip bu liDAR görüntüleyiciyi robotlar için kullandı.
InGaAsçığ fotodetektörüKazançlı bir tür fotodedektördür ve yapısı Şekil (c)'de gösterilmiştir. Elektron-delik çifti, ikiye katlama bölgesindeki elektrik alanının etkisi altında yeterli enerji elde ederek atomla çarpışır, yeni elektron-delik çiftleri oluşturur, çığ etkisi oluşturur ve malzemedeki denge dışı taşıyıcıları çoğaltır. 2013 yılında George M, alaşım bileşimindeki, epitaksiyel tabaka kalınlığındaki değişiklikleri ve modüle edilmiş taşıyıcı enerjisine katkılamayı kullanarak, delik iyonizasyonunu en aza indirirken elektroşok iyonizasyonunu en üst düzeye çıkarmak için bir InP alt tabakası üzerinde kafes uyumlu InGaAs ve InAlAs alaşımları yetiştirmek için MBE'yi kullandı. Eşdeğer çıkış sinyali kazancında, APD daha düşük gürültü ve daha düşük karanlık akım gösterir. 2016 yılında Sun Jianfeng ve arkadaşları, InGaAs çığ fotodedektörüne dayalı bir dizi 1570 nm lazer aktif görüntüleme deney platformu oluşturdu. Dahili devresiAPD fotodedektörüAlınan yankılar ve doğrudan dijital sinyaller çıkışı, tüm cihazı kompakt hale getirir. Deneysel sonuçlar Şekil (d) ve (e)'de gösterilmiştir. Şekil (d), görüntüleme hedefinin fiziksel bir fotoğrafıdır ve Şekil (e) üç boyutlu bir mesafe görüntüsüdür. c alanının pencere alanının A ve b alanlarıyla belirli bir derinlik mesafesine sahip olduğu açıkça görülebilir. Platform, 10 ns'den az darbe genişliği, (1 ~ 3) mJ ayarlanabilir tek darbe enerjisi, 2°'lik alıcı lens alan açısı, 1 kHz'lik tekrarlama frekansı ve yaklaşık %60'lık dedektör görev oranı gerçekleştirir. APD'nin dahili fotoakım kazancı, hızlı tepkisi, kompakt boyutu, dayanıklılığı ve düşük maliyeti sayesinde APD fotodedektörleri, PIN fotodedektörlerinden bir büyüklük sırasına göre daha yüksek algılama oranına sahip olabilir, bu nedenle mevcut ana akım LIDAR'a çoğunlukla çığ fotodedektörleri hakimdir.
Genel olarak, yurtiçinde ve yurtdışında InGaAs hazırlama teknolojisinin hızla gelişmesiyle, InP alttaş üzerinde geniş alanlı yüksek kaliteli InGaAs epitaksiyel tabakası hazırlamak için MBE, MOCVD, LPE ve diğer teknolojileri ustalıkla kullanabiliriz. InGaAs fotodedektörleri düşük karanlık akımı ve yüksek tepki kabiliyeti gösterir, en düşük karanlık akımı 0,75 pA/μm²'den düşüktür, maksimum tepki kabiliyeti 0,57 A/W'a kadar çıkar ve hızlı bir geçici tepkiye (ps mertebesi) sahiptir. InGaAs fotodedektörlerinin gelecekteki gelişimi aşağıdaki iki hususa odaklanacaktır: (1) InGaAs epitaksiyel tabakası doğrudan Si alttaş üzerine büyütülür. Şu anda, piyasadaki mikroelektronik cihazların çoğu Si bazlıdır ve InGaAs ve Si bazlı cihazların daha sonraki entegre gelişimi genel eğilimdir. Kafes uyumsuzluğu ve termal genleşme katsayısı farkı gibi sorunları çözmek, InGaAs/Si çalışması için çok önemlidir; (2) 1550 nm dalga boyu teknolojisi olgunlaşmıştır ve genişletilmiş dalga boyu (2,0 ~ 2,5) μm gelecekteki araştırma alanıdır. In bileşenlerinin artmasıyla birlikte, InP alt tabakası ile InGaAs epitaksiyel tabakası arasındaki kafes uyumsuzluğu daha ciddi çıkıklara ve kusurlara yol açacağından, cihaz proses parametrelerini optimize etmek, kafes kusurlarını azaltmak ve cihaz karanlık akımını azaltmak gerekmektedir.
Gönderim zamanı: 06 Mayıs 2024