Ingaas fotodetektor szerkezete

FelépítésIngaas fotodetektor

Az 1980 -as évek óta az otthoni és külföldi kutatók megvizsgálták az Ingaas fotodetektorok szerkezetét, amelyek elsősorban három típusra vannak osztva. Ezek Ingaas fém-félvezető-fém fotodetektor (MSM-PD), InGaAS PIN Photodetector (PIN-PD) és InGAAS Avalanche Photodetector (APD-PD). Jelentős különbségek vannak a különböző szerkezetű InGaAS fotodetektorok gyártási folyamatában és költségeiben, és nagy különbségek vannak az eszköz teljesítményében is.

Az Ingaas fém-félvezető-fémfotodetektor, az a) ábrán látható, egy speciális szerkezet, amely a Schottky csomóponton alapul. 1992 -ben Shi et al. Használt alacsony nyomású fém-szerves gőzfázisú epitaxi-technológiát (LP-MOVPE) az epitaxi rétegek termesztésére és az Ingasas MSM fotodetektor előkészítésére, amelynek nagy reakcióképessége 0,42 A/ W, 1,3 μm hullámhosszon, és sötét áramnál alacsonyabb, mint 5,6 pa/ μm² 1,5 V.-nál, 1996-ban, Zhang et al. Gázfázisú molekuláris sugár epitaxiát (GSMBE) használt az inalas-antaas-inp epitaxia réteg növekedéséhez. Az inalas réteg nagy ellenállási tulajdonságokat mutatott, és a növekedési körülményeket a röntgendiffrakció mérésével optimalizáltuk, így az Ingaas és az Inalas rétegek közötti rácsos eltérés 1 × 10⁻3 tartományban volt. Ez az optimalizált eszköz teljesítményét eredményezi, amelynek sötét árama 0,75 pa/μm² alatt van 10 V -nél, és a gyors átmeneti reakciót legfeljebb 16 ps -ig 5 V -nél. Összességében az MSM szerkezeti fotodetektor egyszerű és könnyen integrálható, alacsony sötét áramot (PA sorrend) mutatva, de a fém elektróda csökkenti az eszköz hatékony fényelnyelési területét, így a válasz alacsonyabb, mint a többi szerkezet.

Az InGaas Pin fotodetektor belső réteget helyez be a P-típusú érintkezési réteg és az N-típusú érintkezési réteg közé, amint azt a b) ábra mutatja, amely növeli a kimerülési régió szélességét, ezáltal több elektron-lyuk párot sugározva és nagyobb fénymurrot képez, így kiváló elektron-vezetési teljesítményt nyújt. 2007 -ben A. Poloczek et al. Az MBE-vel alacsony hőmérsékletű pufferréteg termesztésére szolgált, hogy javítsa a felületi érdességet és legyőzze a Si és az INP közötti rácsos eltérést. Az MOCVD -t használták az InGAAS csap szerkezetének integrálására az INP szubsztráton, és az eszköz reakcióképessége körülbelül 0,57A /W volt. 2011-ben a Hadsereg Kutatólaboratóriuma (ALR) PIN-fotodetektorokat használt egy LIDAR képalkotó tanulmányozására a navigációhoz, az akadályok/ütközések elkerüléséhez és a rövid hatótávolságú célérzékeléshez/azonosításhoz a kis pilóta nélküli földi járművek számára, amelyeket egy olcsó mikrohullámú erősítővel integráltak, amely jelentősen javította az ingaas PIN-fotodetektor jel-noise arányát. Ennek alapján 2012 -ben az ALR ezt a LIDAR képalkotót robotokhoz használta, több mint 50 m detektálási tartományban és 256 × 128 felbontással.

Az Ingaaslavina fotodetektoregyfajta fotodetektor, amelynek nyeresége van, amelynek szerkezete a c) ábrán látható. Az elektron-lyuk pár elegendő energiát kap az elektromos mező hatása alatt a megduplázódó régióban, hogy ütközjön az atommal, új elektron-lyuk párokat generáljon, lavinahatást képezzen, és megsokszorozza a nem egyensúlyi hordozókat az anyagban. 2013 -ban George M az MBE -t az INP -szubsztráton az INP szubsztrátumon történő rácsos hozzáigazított ingaas és inalas ötvözetek termesztésére használta, az ötvözet összetételének, az epitaxiális réteg vastagságának és a modulált hordozó energiájának doppingjának felhasználásával az elektroshock ionizáció maximalizálására, miközben minimalizálja a lyuk ionizációját. Az ekvivalens kimeneti jel erősítésnél az APD alacsonyabb zajt és alacsonyabb sötét áramot mutat. 2016 -ban Sun Jianfeng et al. Épített egy 1570 nm -es lézeres aktív képalkotó kísérleti platformot az Ingaas Avalanche fotodetektor alapján. A belső áramköreAPD fotodetektorA fogadott visszhangok és közvetlenül kimaradnak a digitális jelek, így az egész eszköz kompakt. A kísérleti eredményeket az ábra mutatja. (d) és e). A d) ábra a képalkotó célpont fizikai fotója, az (E) ábra pedig egy háromdimenziós távolságkép. Világosan látható, hogy a C -terület ablakterületének bizonyos mélységű távolsága van az A és B terület mellett. A platform 10 ns -nál kevesebb impulzusszélességet, egyetlen impulzus energiát (1 ~ 3) MJ állítható, 2 ° -os lencse mező szöget kap, 1 kHz ismétlési frekvenciája, detektor -üzemi arány körülbelül 60%. Az APD belső fényáram -nyereségének, gyors válaszának, kompakt méretének, tartósságának és olcsó költségének köszönhetően az APD fotodetektorok nagyságrenddel magasabbak lehetnek a detektálási sebességnél, mint a PIN -fotodetektorok, tehát a jelenlegi mainstream LIDAR -ot elsősorban az Avalanche fotodetektorok dominálják.

Összességében az InGAAS előkészítő technológiájának gyors fejlesztésével otthon és külföldön ügyesen használhatjuk az MBE, MOCVD, LPE és más technológiákat, hogy előkészítsük az INP szubsztráton lévő nagyméretű nagy minőségű Ingasas epitaxiális rétegeket. Az Ingaas fotodetektorok alacsony sötét áramot és nagy reagálást mutatnak, a legalacsonyabb sötét áram alacsonyabb, mint 0,75 pa/μm², a maximális reakcióképesség 0,57 A/W -ig terjed, és gyors átmeneti reakcióval (PS sorrend) van. Az InGaAS fotodetektorok jövőbeli fejlesztése a következő két szempontra összpontosít: (1) Az Ingaas epitaxiális réteg közvetlenül növekszik az SI szubsztráton. Jelenleg a piacon lévő mikroelektronikus eszközök többsége SI alapú, az INGAAS és az SI alapú integrált fejlesztés az általános tendencia. Az olyan problémák megoldása, mint a rács eltérése és a termikus tágulási együttható különbség, elengedhetetlen az Ingaas/Si vizsgálatához; (2) Az 1550 nm -es hullámhosszú technológia érett, és a meghosszabbított hullámhossz (2,0 ~ 2,5) μM a jövőbeli kutatási irány. Az alkatrészek növekedésével az INP szubsztrát és az InGAAS epitaxiális réteg közötti rácsos eltérés komolyabb diszlokációhoz és hibákhoz vezet, ezért az eszköz folyamat paramétereinek optimalizálására, a rácshibák csökkentésére és az eszköz sötét áramának csökkentésére van szükség.