Struktur Fotodetektor InGaAs

StrukturnaFotodetektor InGaAs
Ti saprak taun 1980-an, para panalungtik parantos nalungtik struktur fotodetektor InGaAs, anu tiasa diringkeskeun kana tilu jinis utama: logam InGaAs logam semikonduktorpotodetéktor(MSM-PD), InGaAsDetektor foto PIN(PIN-PD), sareng InGaAsfotodetektor longsor(APD-PD). Aya béda anu signifikan dina prosés produksi sareng biaya fotodetektor InGaAs kalayan struktur anu béda, sareng aya ogé béda anu signifikan dina kinerja alat.
Diagram skematis struktur fotodetektor logam semikonduktor InGaAs dipidangkeun dina gambar, nyaéta struktur khusus dumasar kana sambungan Schottky. Dina taun 1992, Shi et al. nganggo téknologi epitaksi fase uap organik logam tekanan rendah (LP-MOVPE) pikeun numuwuhkeun lapisan epitaksial sareng nyiapkeun fotodetektor InGaAs MSM. Alat ieu gaduh responsivitas anu luhur nyaéta 0,42 A/W dina panjang gelombang 1,3 μ m sareng arus poék kirang ti 5,6 pA/μ m² dina 1,5 V. Dina taun 1996, para panaliti nganggo epitaksi sinar molekul fase gas (GSMBE) pikeun numuwuhkeun lapisan epitaksial InAlAs InGaAs InP, anu nunjukkeun karakteristik résistansi anu luhur. Kaayaan pertumbuhan dioptimalkeun ngalangkungan pangukuran difraksi sinar-X, anu ngahasilkeun ketidakcocokan kisi antara lapisan InGaAs sareng InAlAs dina kisaran 1 × 10⁻³. Hasilna, kinerja alat dioptimalkeun, kalayan arus poék kirang ti 0,75 pA/μm² dina 10 V sareng réspon transien anu gancang 16 ps dina 5 V. Sacara umum, fotodetektor struktur MSM ngagaduhan struktur anu saderhana sareng gampang diintegrasikeun, nunjukkeun arus poék (tingkat pA) anu langkung handap, tapi éléktroda logam ngirangan daérah panyerepan cahaya anu efektif dina alat, anu ngahasilkeun résponsivitas anu langkung handap dibandingkeun sareng struktur anu sanés.

Fotodetektor PIN InGaAs ngagaduhan lapisan intrinsik anu dipasang antara lapisan kontak tipe-P sareng lapisan kontak tipe-N, sapertos anu dipidangkeun dina gambar, anu ningkatkeun lébar daérah deplesi, sahingga langkung seueur pasangan liang éléktron anu dipancarkeun sareng ngabentuk arus foto anu langkung ageung, sahingga nunjukkeun konduktivitas éléktronik anu saé. Dina taun 2007, para panaliti nganggo MBE pikeun ngembangkeun lapisan buffer suhu rendah, ningkatkeun karasana permukaan sareng ngungkulan ketidakcocokan kisi antara Si sareng InP. Aranjeunna ngahijikeun struktur PIN InGaAs dina substrat InP nganggo MOCVD, sareng responsifitas alat éta sakitar 0,57 A/W. Dina taun 2011, para panaliti nganggo fotodetektor PIN pikeun ngembangkeun alat pencitraan LiDAR jarak pondok pikeun navigasi, nyingkahan halangan/tabrakan, sareng deteksi/pangakuan target kendaraan darat tanpa awak leutik. Alat ieu diintegrasikeun sareng chip amplifier gelombang mikro anu murah, sacara signifikan ningkatkeun rasio sinyal-ka-noise tina fotodetektor PIN InGaAs. Dumasar kana ieu, dina taun 2012, para panalungtik nerapkeun alat pencitraan LiDAR ieu kana robot, kalayan jarak deteksi langkung ti 50 méter sareng résolusi ningkat janten 256 × 128.
Fotodetektor longsor InGaAs nyaéta jinis fotodetektor kalayan gain, sapertos anu dipidangkeun dina diagram struktur. Pasangan liang éléktron kéngingkeun énergi anu cekap dina tindakan médan listrik di jero daérah penggandaan, teras tabrakan sareng atom pikeun ngahasilkeun pasangan liang éléktron anyar, ngabentuk éfék longsor sareng ngagandakeun pamawa muatan non-kasaimbangan dina bahan. Dina taun 2013, para panalungtik nganggo MBE pikeun numuwuhkeun paduan InGaAs sareng InAlAs anu cocog sareng kisi dina substrat InP, modulasi énergi pamawa ngaliwatan parobahan dina komposisi paduan, ketebalan lapisan epitaksial, sareng doping, ngamaksimalkeun ionisasi éléktroshock bari ngaminimalkeun ionisasi liang. Dina gain sinyal kaluaran anu sami, APD nunjukkeun noise anu handap sareng arus poék anu langkung handap. Dina taun 2016, para panalungtik ngawangun platform ékspérimén pencitraan aktif laser 1570 nm dumasar kana fotodetektor longsor 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 di Zona C ngagaduhan jarak jerona anu tangtu ti Zona A sareng B. Platform ieu ngahontal lébar pulsa kirang ti 10 ns, énergi pulsa tunggal anu tiasa disaluyukeun (1-3) mJ, sudut pandang widang 2 ° pikeun lénsa pangirim sareng panampi, laju pangulangan 1 kHz, sareng siklus tugas detektor sakitar 60%. Hatur nuhun kana gain arus foto internal, réspon anu gancang, ukuran anu kompak, daya tahan, sareng biaya APD anu murah, fotodetektor APD tiasa ngahontal laju deteksi anu hiji urutan magnitudo langkung luhur tibatan fotodetektor PIN. Ku alatan éta, ayeuna radar laser utama utamina nganggo fotodetektor longsor.