Struktur fotodetektor InGaAs

StrukturFotodetektor InGaAs

Ti saprak taun 1980-an, para panalungtik di jero sareng di luar negeri parantos nalungtik struktur fotodetektor InGaAs, anu utamina dibagi kana tilu jinis. Éta nyaéta fotodetektor logam-Semikonduktor-logam InGaAs (MSM-PD), Fotodetektor PIN InGaAs (PIN-PD), sareng Fotodetektor Avalanche InGaAs (APD-PD). Aya béda anu signifikan dina prosés fabrikasi sareng biaya fotodetektor InGaAs kalayan struktur anu béda, sareng aya ogé béda anu ageung dina kinerja alat.

Logam-semikonduktor-logam InGaAsfotodetektor, anu dipidangkeun dina Gambar (a), nyaéta struktur khusus anu dumasar kana Schottky junction. Dina taun 1992, Shi et al. nganggo téknologi epitaksi fase uap logam-organik tekanan rendah (LP-MOVPE) pikeun numuwuhkeun lapisan epitaksi sareng nyiapkeun fotodetektor InGaAs MSM, anu gaduh résponsif anu luhur nyaéta 0,42 A/W dina panjang gelombang 1,3 μm sareng arus poék anu langkung handap tibatan 5,6 pA/μm² dina 1,5 V. Dina taun 1996, zhang et al. nganggo epitaksi sinar molekul fase gas (GSMBE) pikeun numuwuhkeun lapisan epitaksi InAlAs-InGaAs-InP. Lapisan InAlAs nunjukkeun karakteristik résistansi anu luhur, sareng kaayaan pertumbuhan dioptimalkeun ku pangukuran difraksi sinar-X, supados ketidakcocokan kisi antara lapisan InGaAs sareng InAlAs aya dina kisaran 1 × 10⁻³. Ieu ngahasilkeun kinerja alat anu dioptimalkeun kalayan arus poék di handap 0,75 pA/μm² dina 10 V sareng réspon transien anu gancang dugi ka 16 ps dina 5 V. Sacara umum, fotodetektor struktur MSM saderhana sareng gampang diintegrasikeun, nunjukkeun arus poék anu handap (urutan pA), tapi éléktroda logam bakal ngirangan daérah panyerepan cahaya anu efektif dina alat, janten résponna langkung handap tibatan struktur anu sanés.

Fotodetektor PIN InGaAs nyelapkeun lapisan intrinsik antara lapisan kontak tipe-P sareng lapisan kontak tipe-N, sapertos anu dipidangkeun dina Gambar (b), anu ningkatkeun lébar daérah pangurangan, sahingga ngaradiasi langkung seueur pasangan éléktron-liang sareng ngabentuk arus foto anu langkung ageung, janten gaduh kinerja konduksi éléktron anu saé pisan. Dina taun 2007, A.Poloczek et al. nganggo MBE pikeun ngembangkeun lapisan panyangga suhu rendah pikeun ningkatkeun karasana permukaan sareng ngungkulan ketidakcocokan kisi antara Si sareng InP. MOCVD dianggo pikeun ngahijikeun struktur PIN InGaAs dina substrat InP, sareng résponsif alat éta sakitar 0,57A /W. Dina taun 2011, Laboratorium Panalungtikan Angkatan Darat (ALR) nganggo fotodetektor PIN pikeun nalungtik imager liDAR pikeun navigasi, nyingkahan halangan/tabrakan, sareng deteksi/idéntifikasi target jarak pondok pikeun kendaraan darat tanpa awak alit, anu diintegrasikeun sareng chip amplifier gelombang mikro anu murah anu sacara signifikan ningkatkeun rasio sinyal-ka-noise tina fotodetektor PIN InGaAs. Dumasar kana ieu, dina taun 2012, ALR nganggo pencitra liDAR ieu pikeun robot, kalayan jarak deteksi langkung ti 50 m sareng résolusi 256 × 128.

InGaAsfotodetektor longsornyaéta hiji jenis fotodetektor kalayan gain, strukturna dipidangkeun dina Gambar (c). Pasangan éléktron-liang kéngingkeun énergi anu cekap dina tindakan médan listrik di jero daérah penggandaan, supados tiasa tabrakan sareng atom, ngahasilkeun pasangan éléktron-liang énggal, ngabentuk éfék longsoran, sareng ngalikeun pamawa non-kasaimbangan dina bahan. Dina taun 2013, George M nganggo MBE pikeun numuwuhkeun paduan InGaAs sareng InAlAs anu cocog sareng kisi dina substrat InP, nganggo parobahan dina komposisi paduan, ketebalan lapisan epitaksial, sareng doping kana énergi pamawa anu dimodulasi pikeun maksimalkeun ionisasi éléktroshock bari ngaminimalkeun ionisasi liang. Dina gain sinyal kaluaran anu sami, APD nunjukkeun noise anu langkung handap sareng arus poék anu langkung handap. Dina taun 2016, Sun Jianfeng et al. ngawangun sakumpulan platform ékspérimén pencitraan aktif laser 1570 nm dumasar kana fotodetektor longsoran InGaAs. Sirkuit internal tinaFotodetektor APDnampi gema sareng langsung ngaluarkeun sinyal digital, ngajantenkeun sakumna alat kompak. Hasil ékspérimén dipidangkeun dina Gambar (d) sareng (e). Gambar (d) mangrupikeun poto fisik tina target pencitraan, sareng Gambar (e) mangrupikeun gambar jarak tilu diménsi. Éta tiasa katingali sacara jelas yén daérah jandela daérah c ngagaduhan jarak jerona anu tangtu sareng daérah A sareng b. Platform ieu ngawujudkeun lébar pulsa kirang ti 10 ns, énergi pulsa tunggal (1 ~ 3) mJ tiasa disaluyukeun, sudut widang lénsa panampi 2°, frékuénsi pangulangan 1 kHz, rasio tugas detektor sakitar 60%. Hatur nuhun kana gain photocurrent internal APD, réspon anu gancang, ukuran anu kompak, daya tahan sareng biaya anu murah, photodetektor APD tiasa langkung luhur dina laju deteksi tibatan photodetektor PIN, janten liDAR utama ayeuna utamina didominasi ku photodetektor longsor.

Sacara umum, kalayan kamekaran téknologi persiapan InGaAs anu gancang di jero sareng di luar negeri, urang tiasa nganggo MBE, MOCVD, LPE sareng téknologi sanésna sacara terampil pikeun nyiapkeun lapisan epitaksial InGaAs kualitas luhur anu lega dina substrat InP. Fotodetektor InGaAs nunjukkeun arus poék anu handap sareng résponsif anu luhur, arus poék anu panghandapna langkung handap tibatan 0,75 pA/μm², résponsif maksimum dugi ka 0,57 A/W, sareng gaduh réspon transien anu gancang (urutan ps). Pangembangan fotodetektor InGaAs ka hareup bakal fokus kana dua aspék ieu: (1) Lapisan epitaksial InGaAs langsung dipelak dina substrat Si. Ayeuna, kaseueuran alat mikroéléktronik di pasar dumasar kana Si, sareng pamekaran terpadu salajengna tina InGaAs sareng Si mangrupikeun tren umum. Ngarengsekeun masalah sapertos ketidakcocokan kisi sareng bédana koefisien ékspansi termal penting pisan pikeun panilitian InGaAs/Si; (2) Téhnologi panjang gelombang 1550 nm parantos dewasa, sareng panjang gelombang anu diperpanjang (2,0 ~ 2,5) μm mangrupikeun arah panilitian ka hareup. Kalayan ningkatna komponén In, ketidakcocokan kisi antara substrat InP sareng lapisan epitaksial InGaAs bakal nyababkeun dislokasi sareng cacad anu langkung serius, janten perlu pikeun ngaoptimalkeun parameter prosés alat, ngirangan cacad kisi, sareng ngirangan arus poék alat.