Struktuer fanInGaAs fotodetektor
Sûnt de jierren '80 hawwe ûndersikers yn binnen- en bûtenlân de struktuer fan InGaAs-fotodetektors bestudearre, dy't benammen ferdield binne yn trije typen. Dat binne InGaAs metaal-Healgelieder-metaal fotodetektor (MSM-PD), InGaAs PIN-fotodetektor (PIN-PD), en InGaAs Lawinefotodetektor (APD-PD). Der binne wichtige ferskillen yn it fabrikaazjeproses en de kosten fan InGaAs-fotodetektors mei ferskillende struktueren, en der binne ek grutte ferskillen yn apparaatprestaasjes.
It InGaAs metaal-healgelieder-metaalfotodetektor, werjûn yn figuer (a), is in spesjale struktuer basearre op 'e Schottky-oergong. Yn 1992 brûkten Shi et al. leechdruk metaal-organyske dampfaze-epitaxytechnology (LP-MOVPE) om epitaksylagen te groeien en tariede in InGaAs MSM-fotodetektor, dy't in hege gefoelichheid hat fan 0,42 A/W by in golflingte fan 1,3 μm en in tsjustere stroom leger as 5,6 pA/μm² by 1,5 V. Yn 1996 brûkten zhang et al. gasfaze molekulêre strielepitaxy (GSMBE) om de InAlAs-InGaAs-InP-epitaxylaach te groeien. De InAlAs-laach liet hege wjerstânskarakteristiken sjen, en de groeiomstannichheden waarden optimalisearre troch röntgendiffraksjemjitting, sadat de roostermismatch tusken InGaAs- en InAlAs-lagen binnen it berik fan 1 × 10⁻³ lei. Dit resultearret yn optimalisearre apparaatprestaasjes mei tsjustere stroom ûnder 0,75 pA/μm² by 10 V en in rappe tydlike reaksje oant 16 ps by 5 V. Oer it algemien is de MSM-struktuerfotodetektor ienfâldich en maklik te yntegrearjen, en toant in lege tsjustere stroom (pA-oarder), mar de metalen elektrode sil it effektive ljochtabsorpsjegebiet fan it apparaat ferminderje, sadat de reaksje leger is as oare struktueren.
De InGaAs PIN-fotodetektor foeget in yntrinsyke laach yn tusken de P-type kontaktlaach en de N-type kontaktlaach, lykas te sjen is yn figuer (b), wat de breedte fan it útputtingsgebiet fergruttet, wêrtroch't mear elektron-gatpearen útstrielje en in gruttere fotostroom ûntstiet, sadat it poerbêste elektrongeliedingsprestaasjes hat. Yn 2007 brûkten A.Poloczek et al. MBE om in lege-temperatuer bufferlaach te groeien om de oerflakteruwheid te ferbetterjen en de roostermismatch tusken Si en InP te oerwinnen. MOCVD waard brûkt om de InGaAs PIN-struktuer te yntegrearjen op it InP-substraat, en de gefoelichheid fan it apparaat wie sawat 0.57A/W. Yn 2011 brûkte it Army Research Laboratory (ALR) PIN-fotodetektors om in liDAR-ôfbylding te bestudearjen foar navigaasje, foarkommen fan obstakels/botsingen, en deteksje/identifikaasje fan doelen op koarte ôfstân foar lytse ûnbemanne grûnauto's, yntegrearre mei in goedkeape mikrogolffersterkerchip dy't de signaal-lûdsferhâlding fan 'e InGaAs PIN-fotodetektor signifikant ferbettere. Op basis hjirfan brûkte ALR yn 2012 dizze liDAR-ôfbyldingsapparaat foar robots, mei in deteksjeberik fan mear as 50 m en in resolúsje fan 256 × 128.
De InGaAslawine fotodetektoris in soarte fotodetektor mei fersterking, wêrfan de struktuer werjûn wurdt yn figuer (c). It elektron-gat-pear krijt genôch enerzjy ûnder de aksje fan it elektryske fjild binnen it ferdûbelingsgebiet, om te botsen mei it atoom, nije elektron-gat-pearen te generearjen, in lawine-effekt te foarmjen, en de net-lykwichtsdragers yn it materiaal te fermannichfâldigjen. Yn 2013 brûkte George M. MBE om roaster-oerienkommende InGaAs- en InAlAs-legeringen te groeien op in InP-substraat, mei feroaringen yn legearingskomposysje, epitaksiale laachdikte, en doping nei modulearre drager-enerzjy om elektroshock-ionisaasje te maksimalisearjen, wylst gat-ionisaasje minimalisearre wurdt. By de lykweardige útfiersignaalfersterking lit APD legere rûs en legere tsjustere stroom sjen. Yn 2016 bouden Sun Jianfeng et al. in set fan 1570 nm laser aktyf ôfbyldings eksperimintele platfoarm basearre op 'e InGaAs lawine-fotodetektor. It ynterne sirkwy fanAPD-fotodetektorûntfongen echo's en stjoere direkt digitale sinjalen út, wêrtroch it heule apparaat kompakt wurdt. De eksperimintele resultaten wurde werjûn yn FIG. (d) en (e). Figuer (d) is in fysike foto fan it ôfbyldingsdoel, en Figuer (e) is in trijediminsjonale ôfstânôfbylding. It is dúdlik te sjen dat it finstergebiet fan gebiet c in bepaalde djipteôfstân hat mei gebiet A en b. It platfoarm realisearret pulsbreedte fan minder dan 10 ns, ienige pulsenerzjy (1 ~ 3) mJ ferstelber, ûntfangende lensfjildhoeke fan 2°, werhellingsfrekwinsje fan 1 kHz, detektorduty ratio fan sawat 60%. Mei tank oan APD's ynterne fotostroomfersterking, snelle reaksje, kompakte grutte, duorsumens en lege kosten, kinne APD-fotodetektors in oarder fan grutte heger wêze yn deteksjesnelheid as PIN-fotodetektors, sadat de hjoeddeiske mainstream liDAR benammen dominearre wurdt troch lawinefotodetektors.
Oer it algemien, mei de rappe ûntwikkeling fan InGaAs-tariedingstechnology yn binnen- en bûtenlân, kinne wy MBE, MOCVD, LPE en oare technologyen mei feardigens brûke om in InGaAs-epitaksiale laach fan hege kwaliteit mei in grut gebiet op in InP-substraat ta te rieden. InGaAs-fotodetektors litte in lege tsjustere stroom en hege reaksje sjen, de leechste tsjustere stroom is leger as 0,75 pA/μm², de maksimale reaksje is oant 0,57 A/W, en hawwe in rappe tydlike reaksje (ps-oarder). De takomstige ûntwikkeling fan InGaAs-fotodetektors sil him rjochtsje op de folgjende twa aspekten: (1) De InGaAs-epitaksiale laach wurdt direkt groeid op in Si-substraat. Op it stuit binne de measte mikro-elektronyske apparaten op 'e merk basearre op Si, en de neifolgjende yntegreare ûntwikkeling fan InGaAs en Si is de algemiene trend. It oplossen fan problemen lykas roostermismatch en ferskil yn termyske útwreidingskoëffisjint is krúsjaal foar de stúdzje fan InGaAs/Si; (2) De 1550 nm-golflingtetechnology is folwoeksen wurden, en de útwreide golflingte (2,0 ~ 2,5) μm is de takomstige ûndersyksrjochting. Mei de tanimming fan In-komponinten sil de roastermismatch tusken it InP-substraat en de epitaksiale laach fan InGaAs liede ta earnstiger ûntwrichting en defekten, dus is it needsaaklik om de prosesparameters fan it apparaat te optimalisearjen, de roasterdefekten te ferminderjen en de tsjustere stroom fan it apparaat te ferminderjen.
Pleatsingstiid: 6 maaie 2024