Struktur InGaAs photodetector

Struktur tinaInGaAs photodetector

Kusabab taun 1980-an, panalungtik di bumi sareng di luar negeri parantos diajar struktur photodetectors InGaAs, anu utamina dibagi kana tilu jinis. Éta InGaAs metal-Semiconduktor-logam photodetector (MSM-PD), InGaAs PIN Photodetector (PIN-PD), sarta InGaAs Avalanche Photodetector (APD-PD). Aya béda anu signifikan dina prosés fabrikasi sarta biaya InGaAs photodetectors kalawan struktur béda, sarta aya ogé béda hébat dina kinerja alat.

The InGaAs logam-semikonduktor-logampotodetektor, ditémbongkeun dina Gambar (a), mangrupa struktur husus dumasar kana simpang Schottky. Dina 1992, Shi et al. dipaké téhnologi epitaxy fase uap logam-organik tekanan low (LP-MOVPE) tumuwuh lapisan epitaxy sarta disiapkeun InGaAs MSM photodetector, nu boga A responsiveness luhur 0,42 A / W dina panjang gelombang 1,3 μm sarta arus poék leuwih handap 5,6 pA / μm² dina 1,5 V. Dina 1996, zhang dkk. dipaké fase gas molecular beam epitaxy (GSMBE) pikeun tumuwuh lapisan epitaxy InAlAs-InGaAs-InP. Lapisan InAlAs némbongkeun ciri résistansi anu luhur, sarta kaayaan tumuwuhna dioptimalkeun ku pangukuran difraksi sinar-X, sahingga mismatch kisi antara lapisan InGaAs jeung InAlAs aya dina rentang 1×10⁻³. Ieu nyababkeun kinerja alat anu dioptimalkeun kalayan arus poék di handap 0,75 pA/μm² dina 10 V sareng réspon transien gancang dugi ka 16 ps dina 5 V. Sacara umum, photodetector struktur MSM basajan sareng gampang pikeun ngahijikeun, nunjukkeun arus poék anu rendah (pA urutan), tapi éléktroda logam bakal ngurangan aréa nyerep lampu éféktif alat, jadi respon leuwih handap struktur lianna.

Photodetector InGaAs PIN nyelapkeun lapisan intrinsik antara lapisan kontak tipe-P jeung lapisan kontak tipe-N, ditémbongkeun saperti dina Gambar (b), nu ngaronjatkeun rubak wewengkon depletion, sahingga radiating leuwih pasangan éléktron-liang sarta ngabentuk photocurrent gedé, ku kituna mibanda kinerja konduksi éléktron alus teuing. Dina 2007, A.Poloczek et al. dipaké MBE tumuwuh lapisan panyangga-suhu low pikeun ngaronjatkeun roughness permukaan jeung nungkulan mismatch kisi antara Si jeung InP. MOCVD dipaké pikeun ngahijikeun struktur PIN InGaAs dina substrat InP, sarta responsif alat éta ngeunaan 0.57A / W. Dina 2011, Laboratorium Panaliti Angkatan Darat (ALR) ngagunakeun potodetéktor PIN pikeun ngulik pencitra liDAR pikeun navigasi, ngahindarkeun halangan/tabrakan, sareng deteksi / idéntifikasi target jarak pondok pikeun kendaraan darat tanpa awak leutik, terpadu sareng chip amplifier gelombang mikro anu murah. sacara signifikan ningkatkeun rasio sinyal-to-noise tina photodetector PIN InGaAs. Dina dasar ieu, dina taun 2012, ALR ngagunakeun imager liDAR ieu pikeun robot, kalayan rentang deteksi leuwih ti 50 m sarta resolusi 256 × 128.

InGaAsphotodetector longsoranmangrupakeun jenis photodetector kalawan gain, struktur nu ditémbongkeun dina Gambar (c). Pasangan éléktron-liang ménta énergi cukup dina aksi médan listrik di jero wewengkon duka kali, ku kituna tabrakan jeung atom, ngahasilkeun pasangan éléktron-liang anyar, ngabentuk éfék longsoran, sarta kalikeun operator non-kasaimbangan dina bahan. . Dina 2013, George M dipaké MBE tumuwuh kisi cocog InGaAs na InAlAs alloy on substrat InP, ngagunakeun parobahan komposisi alloy, ketebalan lapisan epitaxial, sarta doping kana énergi pamawa dimodulasi pikeun maksimalkeun pungsi ionisasi electroshock bari ngaminimalkeun ionisasi liang. Dina gain sinyal kaluaran sarimbag, APD nembongkeun noise handap sarta arus poék handap. Dina 2016, Sun Jianfeng et al. diwangun susunan 1570 nm laser aktip Imaging platform eksperimen dumasar kana InGaAs longsoran photodetector. Sirkuit internal tinaAPD photodetectornampi gema sareng kaluaran langsung sinyal digital, ngajantenkeun sadaya alat kompak. Hasil percobaan dipidangkeun dina Gbr. (d) jeung (e). Gambar (d) mangrupakeun poto fisik target imaging, sarta Gambar (e) mangrupakeun gambar jarak tilu diménsi. Ieu jelas katempo yen aréa jandela wewengkon c ngabogaan jarak jero tangtu kalawan aréa A jeung b. Platform sadar lebar pulsa kirang ti 10 ns, énergi pulsa tunggal (1 ~ 3) mJ adjustable, narima widang lénsa Angle 2 °, frékuénsi pengulangan 1 kHz, detektor rasio tugas ngeunaan 60%. Hatur nuhun kana gain photocurrent internal APD, respon gancang, ukuran kompak, durability jeung béaya rendah, APD photodetectors bisa jadi hiji urutan gedena leuwih luhur laju deteksi ti PIN photodetectors, jadi arus mainstream liDAR utamana didominasi ku photodetectors longsoran.

Gemblengna, kalayan ngembangkeun gancang téknologi persiapan InGaAs di bumi sareng di luar negeri, urang tiasa nganggo MBE, MOCVD, LPE sareng téknologi sanés pikeun nyiapkeun lapisan epitaxial InGaAs kualitas luhur dina substrat InP. InGaAs photodetectors némbongkeun arus poék lemah sareng responsif tinggi, arus poék panghandapna leuwih handap 0,75 pA/μm², respon maksimum nepi ka 0,57 A/W, sarta ngabogaan respon fana gancang (ps order). Kahareupna ngembangkeun InGaAs photodetectors bakal difokuskeun dua aspék handap: (1) InGaAs lapisan epitaxial langsung tumuwuh dina substrat Si. Ayeuna, kalolobaan alat microelectronic di pasar dumasar kana Si, sareng pamekaran terpadu salajengna tina InGaAs sareng Si basis mangrupikeun tren umum. Ngarengsekeun masalah sapertos mismatch kisi sareng bédana koefisien ékspansi termal penting pisan pikeun diajar InGaAs / Si; (2) Téknologi panjang gelombang 1550 nm parantos dewasa, sareng panjang gelombang ngalegaan (2.0 ~ 2.5) μm mangrupikeun arah panalungtikan anu bakal datang. Jeung kanaékan komponén Dina, anu mismatch kisi antara substrat InP na InGaAs lapisan epitaxial bakal ngakibatkeun dislocation jeung defects leuwih serius, jadi perlu ngaoptimalkeun parameter prosés alat, ngurangan defects kisi, sarta ngurangan alat ayeuna poék.