YapısıInGaAs Fotodedektör
1980'lerden beri araştırmacılar, üç ana tipe ayrılabilen InGaAs fotodedektörlerinin yapısını inceliyorlar: InGaAs metal, yarı iletken ve metal.fotodedektörler(MSM-PD), InGaAsPIN fotodedektörleri(PIN-PD) ve InGaAsçığ fotodedektörleri(APD-PD). Farklı yapılara sahip InGaAs fotodedektörlerinin üretim süreci ve maliyetinde önemli farklılıklar olduğu gibi, cihaz performansında da önemli farklılıklar bulunmaktadır.
Şekilde, Schottky eklemine dayalı özel bir yapı olan InGaAs metal yarı iletken metal fotodedektör yapısının şematik diyagramı gösterilmektedir. 1992 yılında Shi ve arkadaşları, epitaksiyel katmanlar yetiştirmek ve InGaAs MSM fotodedektörleri hazırlamak için düşük basınçlı metal organik buhar fazlı epitaksi (LP-MOVPE) teknolojisini kullandılar. Cihaz, 1,3 μm dalga boyunda 0,42 A/W yüksek duyarlılığa ve 1,5 V'ta 5,6 pA/μm²'den daha düşük karanlık akıma sahiptir. 1996 yılında araştırmacılar, yüksek direnç özelliklerine sahip InAlAs InGaAs InP epitaksiyel katmanları yetiştirmek için gaz fazlı moleküler ışın epitaksi (GSMBE) kullandılar. Büyüme koşulları, X-ışını kırınımı ölçümleriyle optimize edildi ve InGaAs ile InAlAs katmanları arasında 1 × 10⁻³ aralığında bir kafes uyumsuzluğu elde edildi. Sonuç olarak, cihaz performansı optimize edildi ve 10 V'ta 0,75 pA/μm²'den daha düşük bir karanlık akım ve 5 V'ta 16 ps'lik hızlı bir geçici tepki elde edildi. Genel olarak, MSM yapılı fotodedektör, daha düşük karanlık akım (pA seviyesi) sergileyen basit ve entegre edilmesi kolay bir yapıya sahiptir, ancak metal elektrot, cihazın etkili ışık emilim alanını azaltarak diğer yapılara kıyasla daha düşük duyarlılığa neden olur.
Şekilde gösterildiği gibi, InGaAs PIN fotodedektöründe P tipi temas katmanı ile N tipi temas katmanı arasına yerleştirilmiş bir iç katman bulunur. Bu katman, tükenme bölgesinin genişliğini artırarak daha fazla elektron-delik çifti yayar ve daha büyük bir fotoakım oluşturur, böylece mükemmel elektronik iletkenlik sergiler. 2007 yılında araştırmacılar, düşük sıcaklıkta tampon katmanlar oluşturmak için MBE yöntemini kullanarak yüzey pürüzlülüğünü iyileştirdiler ve Si ile InP arasındaki kafes uyumsuzluğunu giderdiler. MOCVD kullanarak InP alt tabakalara InGaAs PIN yapıları entegre ettiler ve cihazın duyarlılığı yaklaşık 0,57 A/W oldu. 2011 yılında araştırmacılar, küçük insansız kara araçlarının navigasyonu, engel/çarpışma önleme ve hedef tespiti/tanıması için kısa menzilli bir LiDAR görüntüleme cihazı geliştirmek üzere PIN fotodedektörleri kullandılar. Cihaz, düşük maliyetli bir mikrodalga amplifikatör çipi ile entegre edilerek InGaAs PIN fotodedektörlerinin sinyal-gürültü oranını önemli ölçüde iyileştirdi. Bu temelde, araştırmacılar 2012'de bu LiDAR görüntüleme cihazını robotlara uyguladılar; algılama menzili 50 metreyi aşarken çözünürlük 256 × 128'e yükseltildi.
Yapı şemasında gösterildiği gibi, InGaAs çığ fotodedektör (APD), kazançlı bir fotodedektör türüdür. Elektron-delik çiftleri, çiftlenme bölgesinin içindeki elektrik alanının etkisi altında yeterli enerjiye ulaşır ve atomlarla çarpışarak yeni elektron-delik çiftleri oluşturur, böylece çığ etkisi meydana gelir ve malzemedeki dengesiz yük taşıyıcıları ikiye katlanır. 2013 yılında araştırmacılar, MBE kullanarak InP alt tabakalar üzerinde kafes uyumlu InGaAs ve InAlAs alaşımları yetiştirdiler ve alaşım bileşimindeki, epitaksiyel katman kalınlığındaki ve katkılamadaki değişiklikler yoluyla taşıyıcı enerjisini modüle ederek, delik iyonlaşmasını en aza indirirken elektroşok iyonlaşmasını en üst düzeye çıkardılar. Eşdeğer çıkış sinyali kazancı altında, APD düşük gürültü ve daha düşük karanlık akım sergiler. 2016 yılında araştırmacılar, InGaAs çığ fotodedektörlerine dayalı 1570 nm lazer aktif görüntüleme deneysel platformu kurdular. İç devresiAPD fotodedektörAlınan yankıları doğrudan dijital sinyaller olarak çıkışa aktararak 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 Bölgesindeki pencere alanının A ve B Bölgelerinden belirli bir derinlik mesafesine sahip olduğu açıkça görülebilir. Bu platform, 10 ns'den daha az bir darbe genişliği, ayarlanabilir tek darbe enerjisi (1-3) mJ, verici ve alıcı lensler için 2°'lik bir görüş açısı, 1 kHz'lik bir tekrarlama hızı ve yaklaşık %60'lık bir dedektör görev döngüsü elde eder. APD'nin dahili fotoakım kazancı, hızlı tepki, kompakt boyut, dayanıklılık ve düşük maliyeti sayesinde, APD fotodedektörleri, PIN fotodedektörlerinden bir mertebe daha yüksek bir algılama oranı elde edebilir. Bu nedenle, günümüzde ana akım lazer radarlar çoğunlukla çığ fotodedektörleri kullanmaktadır.
Yayın tarihi: 11 Şubat 2026