Strukturo deInGaAs fotodetektilo
Ekde la 1980-aj jaroj, esploristoj hejme kaj eksterlande studis la strukturon de fotodetektiloj InGaAs, kiuj estas plejparte dividitaj en tri tipojn. Ili estas InGaAs-metal-Semikonduktaĵo-metala fotodetektilo (MSM-PD), InGaAs PIN Fotodetektilo (PIN-PD), kaj InGaAs Avalanche Photodetector (APD-PD). Estas signifaj diferencoj en la fabrikado kaj kosto de fotodetektiloj InGaAs kun malsamaj strukturoj, kaj ankaŭ estas grandaj diferencoj en aparata efikeco.
La InGaAs metalo-duonkonduktaĵo-metalofotodetektilo, montrita en Figuro (a), estas speciala strukturo bazita sur la Schottky-krucvojo. En 1992, Shi et al. uzis malaltpreman metal-organikan vaporfazan epitaksiteknologion (LP-MOVPE) por kreskigi epitaksajn tavolojn kaj preparis InGaAs MSM-fotodetektilon, kiu havas altan respondecon de 0.42 A/W je ondolongo de 1.3 μm kaj malhelan fluon pli malaltan ol 5.6 pA/ μm² ĉe 1.5 V. En 1996, zhang et al. uzis gasfazan molekula radio-epitaksion (GSMBE) por kreskigi la InAlAs-InGaAs-InP epitaksio-tavolon. La InAlAs-tavolo montris altajn resistiveckarakterizaĵojn, kaj la kreskokondiĉoj estis optimumigitaj per Rentgenfota difraktomezurado, tiel ke la kradmisagordo inter InGaAs kaj InAlAs-tavoloj estis ene de la intervalo de 1×10⁻³. Ĉi tio rezultigas optimumigitan aparatan efikecon kun malhela fluo sub 0,75 pA/μm² je 10 V kaj rapida pasema respondo ĝis 16 ps ĉe 5 V. Entute, la MSM-struktura fotodetektilo estas simpla kaj facile integrebla, montrante malaltan malhelan kurenton (pA). ordo), sed la metala elektrodo reduktos la efikan lumsorban areon de la aparato, do la respondo estas pli malalta ol aliaj strukturoj.
La InGaAs PIN-fotodetektilo enigas internan tavolon inter la P-tipa kontaktavolo kaj la N-tipa kontaktavolo, kiel montrite en Figuro (b), kiu pliigas la larĝon de la malplenigregiono, tiel radiante pli da elektron-truaj paroj kaj formante. pli granda fotofluo, do ĝi havas bonegan elektronkonduktan agadon. En 2007, A.Poloczek et al. uzis MBE por kreskigi malalt-temperaturan bufrotavolon por plibonigi la surfacan malglatecon kaj venki la kradan miskongruon inter Si kaj InP. MOCVD kutimis integri InGaAs PIN-strukturon sur la InP-substrato, kaj la respondeco de la aparato estis proksimume 0.57A/W. En 2011, la Army Research Laboratory (ALR) uzis PIN-fotodetektilojn por studi liDAR-bildilon por navigacio, malhelpo/kolizio evitado, kaj mallongdistanca celdetekto/identigo por malgrandaj senpilotaj grundaj veturiloj, integritaj kun malaltkosta mikroonda amplifilpeceto kiu signife plibonigis la signal-al-bruo-proporcion de la InGaAs PIN-fotodetektilo. Sur ĉi tiu bazo, en 2012, ALR uzis ĉi tiun liDAR-bildilon por robotoj, kun detekta gamo de pli ol 50 m kaj rezolucio de 256 × 128.
La InGaAslavango fotodetektiloestas speco de fotodetektilo kun gajno, kies strukturo estas montrita en Figuro (c). La elektron-trua paro akiras sufiĉe da energio sub la ago de la elektra kampo ene de la duobliga regiono, por kolizii kun la atomo, generi novajn elektron-truajn parojn, formi lavangan efikon kaj multobligi la neekvilibrajn portantojn en la materialo. . En 2013, George M uzis MBE por kreskigi kradon egalis InGaAs kaj InAlAs-alojojn sur InP-substrato, uzante ŝanĝojn en alojkonsisto, epitaksia tavoldikeco, kaj dopadon al modulita portanta energio por maksimumigi elektroŝokan jonigon minimumigante truojonigon. Ĉe la ekvivalenta produktaĵsignalgajno, APD montras pli malaltan bruon kaj pli malaltan malhelan fluon. En 2016, Sun Jianfeng et al. konstruis aron de 1570 nm lasera aktiva bildiga eksperimenta platformo bazita sur la InGaAs-lavanga fotodetektilo. La interna cirkvito deAPD-fotodetektiloricevis eĥojn kaj rekte eligas ciferecajn signalojn, kompaktigante la tutan aparaton. La eksperimentaj rezultoj estas montritaj en FIG. (d) kaj (e). Figuro (d) estas fizika foto de la bildiga celo, kaj Figuro (e) estas tridimensia distanca bildo. Oni povas klare vidi, ke la fenestrareo de areo c havas certan profunddistancon kun areo A kaj b. La platformo realigas pulslarĝon malpli ol 10 ns, ununura pulso energio (1 ~ 3) mJ alĝustigebla, ricevanta lenso kampo Angulo de 2°, ripeta ofteco de 1 kHz, detektilo devo proporcio de ĉirkaŭ 60%. Dank'al la interna fotokurenta gajno de APD, rapida respondo, kompakta grandeco, fortikeco kaj malalta kosto, APD-fotodetektiloj povas esti grandordo pli alta en detektorapideco ol PIN-fotodetektiloj, do la nuna ĉefa liDAR estas plejparte dominita per lavangofotodetektiloj.
Ĝenerale, kun la rapida evoluo de InGaAs-prepara teknologio hejme kaj eksterlande, ni povas lerte uzi MBE, MOCVD, LPE kaj aliajn teknologiojn por prepari grandan arean altkvalitan epitaksian tavolon de InGaAs sur InP-substrato. InGaAs-fotodetektiloj elmontras malaltan malhelan fluon kaj altan respondecon, la plej malsupra malhela fluo estas pli malalta ol 0.75 pA/μm², la maksimuma respondeco estas ĝis 0.57 A/W, kaj havas rapidan paseman respondon (ps-ordo). La estonta evoluo de InGaAs-fotodetektiloj fokusiĝos sur la sekvaj du aspektoj: (1) InGaAs epitaksia tavolo estas rekte kreskigita sur Si-substrato. Nuntempe, la plej multaj el la mikroelektronikaj aparatoj en la merkato estas bazitaj sur Si, kaj la posta integra evoluo de InGaAs kaj Si bazita estas la ĝenerala tendenco. Solvi problemojn kiel krada miskongruo kaj termika vastiĝkoeficientdiferenco estas decida por la studo de InGaAs/Si; (2) La 1550 nm ondolonga teknologio estis matura, kaj la etendita ondolongo (2.0 ~ 2.5) μm estas la estonta esplordirekto. Kun la pliiĝo de In-komponentoj, la krada miskongruo inter InP-substrato kaj InGaAs epitaxial tavolo kondukos al pli serioza dislokiĝo kaj difektoj, do necesas optimumigi la aparato procezo parametroj, redukti la krado difektoj, kaj redukti la aparato malhela fluo.
Afiŝtempo: majo-06-2024