Strukturo deInGaAs-fotodetektilo
Ekde la 1980-aj jaroj, esploristoj enlande kaj eksterlande studis la strukturon de InGaAs-fotodetektiloj, kiuj estas ĉefe dividitaj en tri tipojn. Ili estas InGaAs-metalo-duonkonduktaĵo-metalo-fotodetektilo (MSM-PD), InGaAs PIN-fotodetektilo (PIN-PD), kaj InGaAs-lavango-fotodetektilo (APD-PD). Ekzistas signifaj diferencoj en la fabrikada procezo kaj kosto de InGaAs-fotodetektiloj kun malsamaj strukturoj, kaj ankaŭ ekzistas grandaj diferencoj en la aparata rendimento.
La InGaAs metalo-duonkonduktaĵo-metalofotodetektilo, montrita en Figuro (a), estas speciala strukturo bazita sur la Schottky-krucvojo. En 1992, Shi kaj aliaj uzis malaltpreman metal-organikan vaporfazan epitaksan teknologion (LP-MOVPE) por kreskigi epitaksajn tavolojn kaj preparis InGaAs MSM-fotodetektilon, kiu havas altan respondemon de 0.42 A/W je ondolongo de 1.3 μm kaj malluman kurenton sub 5.6 pA/μm² je 1.5 V. En 1996, zhang kaj aliaj uzis gasfazan molekulan faskan epitakson (GSMBE) por kreskigi la InAlAs-InGaAs-InP-epitaksan tavolon. La InAlAs-tavolo montris altajn rezistecajn karakterizaĵojn, kaj la kreskokondiĉoj estis optimumigitaj per rentgen-difrakta mezurado, tiel ke la krada misagordo inter InGaAs kaj InAlAs-tavoloj estis ene de la intervalo de 1×10⁻³. Ĉi tio rezultigas optimumigitan aparatan rendimenton kun malluma kurento sub 0.75 pA/μm² je 10 V kaj rapida pasema respondo ĝis 16 ps je 5 V. Ĝenerale, la MSM-struktura fotodetektilo estas simpla kaj facile integrebla, montrante malaltan malluman kurenton (pA-ordo), sed la metala elektrodo reduktos la efikan lum-absorban areon de la aparato, do la respondo estas pli malalta ol aliaj strukturoj.
La InGaAs PIN-fotodetektilo enmetas internan tavolon inter la P-tipa kontaktotavolo kaj la N-tipa kontaktotavolo, kiel montrite en Figuro (b), kiu pliigas la larĝon de la malpleniga regiono, tiel radiante pli da elektron-truaj paroj kaj formante pli grandan fotofluon, do ĝi havas bonegan elektronkonduktan rendimenton. En 2007, A. Poloczek kaj aliaj uzis MBE por kreskigi malalt-temperaturan bufrotavolon por plibonigi la surfacan malglatecon kaj superi la kradan misagordon inter Si kaj InP. MOCVD estis uzata por integri la InGaAs PIN-strukturon sur la InP-substrato, kaj la respondemo de la aparato estis ĉirkaŭ 0.57A/W. En 2011, la Armea Esplorlaboratorio (ALR) uzis PIN-fotodetektilojn por studi liDAR-bildiganton por navigado, evitado de obstakloj/kolizioj, kaj detekto/identigo de mallongdistancaj celoj por malgrandaj senpilotaj surteraj veturiloj, integrita kun malaltkosta mikroonda amplifilĉipo, kiu signife plibonigis la signalo-bruo-rilatumon de la InGaAs PIN-fotodetektilo. Surbaze de tio, en 2012, ALR uzis ĉi tiun liDAR-bildiganton por robotoj, kun detektodistanco de pli ol 50 m kaj rezolucio de 256 × 128.
La InGaAslavanga fotodetektiloestas speco de fotodetektilo kun gajno, kies strukturo estas montrita en Figuro (c). La elektron-trua paro akiras sufiĉan energion 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 multipliki la ne-ekvilibajn portantojn en la materialo. En 2013, George M uzis MBE por kreskigi krad-kongruajn InGaAs kaj InAlAs-alojojn sur InP-substrato, uzante ŝanĝojn en la aloja konsisto, epitaksa tavoldikeco, kaj dopado por moduli portantan energion por maksimumigi elektroŝokan jonigon minimumigante truan jonigon. Ĉe la ekvivalenta elira signala gajno, APD montras pli malaltan bruon kaj pli malaltan malluman kurenton. En 2016, Sun Jianfeng kaj aliaj konstruis aron de 1570 nm laseraj aktivaj bildigaj eksperimentaj platformoj bazitaj sur la InGaAs-lavanga fotodetektilo. La interna cirkvito deAPD-fotodetektiloricevis eĥojn kaj rekte eligis ciferecajn signalojn, igante la tutan aparaton kompakta. 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 fenestra areo de areo c havas certan profundan distancon kun areo A kaj b. La platformo atingas pulslarĝon malpli ol 10 ns, unuopan pulsan energion (1 ~ 3) mJ alĝustigeblan, ricevan lensan kampon angulon de 2°, ripetfrekvencon de 1 kHz, detektilan funkciproporcion de ĉirkaŭ 60%. Danke al la interna fotokurenta gajno, rapida respondo, kompakta grandeco, daŭreco kaj malalta kosto de APD, APD-fotodetektiloj povas havi grandordon pli altan detektorapidecon ol PIN-fotodetektiloj, do la nuna ĉefa liDAR estas ĉefe dominata de lavangaj fotodetektiloj.
Ĝenerale, kun la rapida disvolviĝo de InGaAs-prepara teknologio hejme kaj eksterlande, ni povas lerte uzi MBE, MOCVD, LPE kaj aliajn teknologiojn por prepari grand-areajn altkvalitajn InGaAs-epitaksajn tavolojn sur InP-substrato. InGaAs-fotodetektiloj montras malaltan malhelan kurenton kaj altan respondemon, la plej malalta malhela kurento estas malpli ol 0.75 pA/μm², la maksimuma respondemo estas ĝis 0.57 A/W, kaj havas rapidan paseman respondon (ps-ordo). La estonta disvolviĝo de InGaAs-fotodetektiloj fokusiĝos al la jenaj du aspektoj: (1) InGaAs-epitaksa tavolo estas rekte kreskigita sur Si-substrato. Nuntempe, la plej multaj el la mikroelektronikaj aparatoj sur la merkato estas Si-bazitaj, kaj la posta integra disvolviĝo de InGaAs kaj Si-bazitaj estas la ĝenerala tendenco. Solvi problemojn kiel misagordo de kradoj kaj diferenco en termika ekspansiokoeficiento estas decida por la studo de InGaAs/Si; (2) La 1550 nm ondolonga teknologio estas matura, kaj la plilongigita ondolonga (2.0 ~ 2.5) μm estas la estonta esplordirekto. Kun la pliiĝo de In-komponantoj, la misagordo de la latiso inter InP-substrato kaj InGaAs-epitaksa tavolo kondukos al pli gravaj dislokigoj kaj difektoj, do necesas optimumigi la procezajn parametrojn de la aparato, redukti la latisajn difektojn, kaj redukti la malluman kurenton de la aparato.
Afiŝtempo: 6-a de majo 2024