A szerkezetInGaAs fotodetektor
Az 1980-as évek óta a kutatók tanulmányozzák az InGaAs fotodetektorok szerkezetét, amely három fő típusba foglalható össze: InGaAs fém félvezető fémfotodetektorok(MSM-PD), InGaAsPIN-kódos fotodetektorok(PIN-PD) és InGaAslavina fotodetektorok(APD-PD). Jelentős különbségek vannak a különböző szerkezetű InGaAs fotodetektorok gyártási folyamatában és költségében, valamint az eszközök teljesítményében is jelentős eltérések vannak.
Az ábrán egy InGaAs fém félvezető fém fotodetektor szerkezetének vázlatos rajza látható, amely egy Schottky-átmeneten alapuló speciális szerkezet. 1992-ben Shi és munkatársai alacsony nyomású fémorganikus gőzfázisú epitaxia (LP-MOVPE) technológiát alkalmaztak epitaxiális rétegek növesztésére és InGaAs MSM fotodetektorok előállítására. Az eszköz nagy, 0,42 A/W érzékenységgel rendelkezik 1,3 μm hullámhosszon, sötétárama pedig kevesebb, mint 5,6 pA/μm² 1,5 V feszültségen. 1996-ban kutatók gázfázisú molekulasugaras epitaxiát (GSMBE) alkalmaztak InAlAs InGaAs InP epitaxiális rétegek növesztésére, amelyek nagy ellenállási jellemzőket mutattak. A növekedési feltételeket röntgendiffrakciós mérésekkel optimalizálták, ami az InGaAs és az InAlAs rétegek közötti rácseltérést 1 × 10⁻³ tartományon belül eredményezte. Ennek eredményeként az eszköz teljesítményét optimalizálták, 10 V-on kevesebb mint 0,75 pA/μm² sötétárammal és 5 V-on 16 ps gyors tranziens válasszal. Összességében az MSM szerkezetű fotodetektor egyszerű és könnyen integrálható szerkezettel rendelkezik, alacsonyabb sötétáramot (pA szint) mutat, de a fémelektróda csökkenti az eszköz effektív fényelnyelési területét, ami alacsonyabb érzékenységet eredményez más szerkezetekhez képest.
Az InGaAs PIN fotodetektor egy belső réteggel rendelkezik, amely a P-típusú kontaktréteg és az N-típusú kontaktréteg közé van beillesztve, ahogy az ábrán is látható, ami növeli a kiürülési régió szélességét, ezáltal több elektronlyukpárt sugároz ki és nagyobb fotoáramot képez, így kiváló elektronikus vezetőképességet mutat. 2007-ben a kutatók MBE-t használtak alacsony hőmérsékletű pufferrétegek növesztésére, javítva a felületi érdességet és leküzdve a Si és InP közötti rácseltérést. MOCVD segítségével integráltak InGaAs PIN struktúrákat InP szubsztrátokra, és az eszköz érzékenysége körülbelül 0,57 A/W volt. 2011-ben a kutatók PIN fotodetektorokat használtak egy rövid hatótávolságú LiDAR képalkotó eszköz kifejlesztésére navigációhoz, akadály-/ütközések elkerüléséhez és kis pilóta nélküli földi járművek célpontjainak észleléséhez/felismeréséhez. Az eszközt egy alacsony költségű mikrohullámú erősítő chippel integrálták, ami jelentősen javította az InGaAs PIN fotodetektorok jel-zaj arányát. Ennek alapján a kutatók 2012-ben robotokon alkalmazták ezt a LiDAR képalkotó eszközt, amelynek érzékelési tartománya meghaladta az 50 métert, a felbontása pedig 256 × 128-ra nőtt.
Az InGaAs lavina fotodetektor egy erősítéssel rendelkező fotodetektor típus, amint az a szerkezeti ábrán is látható. Az elektronlyukpárok elegendő energiát kapnak az elektromos tér hatására a megkettőződési tartományon belül, és atomokkal ütközve új elektronlyukpárokat hoznak létre, lavinahatást hozva létre és megduplázva az anyagban lévő nemegyensúlyi töltéshordozókat. 2013-ban a kutatók MBE-t használtak rácsillesztéses InGaAs és InAlAs ötvözetek InP szubsztrátokon történő növesztésére, modulálva a töltéshordozók energiáját az ötvözet összetételének, az epitaxiális rétegvastagságnak és a doppingolásnak a változtatásával, maximalizálva az elektrosokk ionizációt, miközben minimalizálják a lyukionizációt. Egyenértékű kimeneti jelerősítés mellett az APD alacsony zajszintet és alacsonyabb sötétáramot mutat. 2016-ban a kutatók egy 1570 nm-es lézeraktív képalkotó kísérleti platformot készítettek InGaAs lavina fotodetektorok alapján. A belső áramkörAPD fotodetektorvisszhangokat vesz és közvetlenül digitális jeleket ad ki, így a teljes eszköz kompakt. A kísérleti eredményeket a (d) és (e) ábra mutatja. A (d) ábra a képalkotó célpont fizikai fényképe, az (e) ábra pedig egy háromdimenziós távolságkép. Jól látható, hogy a C zóna ablakterülete bizonyos mélységi távolságra van az A és B zónáktól. Ez a platform 10 ns-nál kisebb impulzusszélességet, állítható egyszeres impulzusenergiát (1-3) mJ, 2°-os látószöget ér el az adó és vevő lencsék számára, 1 kHz ismétlési frekvenciát és körülbelül 60%-os detektor kitöltési tényezőt. A belső fotoáram-erősítésnek, a gyors válaszidőnek, a kompakt méretnek, a tartósságnak és az APD alacsony költségének köszönhetően az APD fotodetektorok egy nagyságrenddel magasabb érzékelési sebességet érhetnek el, mint a PIN fotodetektorok. Ezért jelenleg a mainstream lézerradar főként lavina fotodetektorokat használ.
Közzététel ideje: 2026. február 11.