სტრუქტურაIngaas Photodetector
1980 -იანი წლებიდან მოყოლებული, მკვლევარებმა სახლში და მის ფარგლებს გარეთ შეისწავლეს IngaaS ფოტოდექტორების სტრუქტურა, რომლებიც ძირითადად სამ ტიპად იყოფა. ისინი არიან Ingaas ლითონის ნახევარწრიული-მეტალის ფოტოდეტექტორი (MSM-PD), Ingaas Pin Photodetector (PIN-PD) და Ingaas Avalanche Photodetector (APD-PD). არსებობს მნიშვნელოვანი განსხვავებები ფაბრიკაციის პროცესში და IngaAS ფოტოდეტექტორების სხვადასხვა სტრუქტურით, ასევე დიდი განსხვავებებია მოწყობილობის მუშაობაში.
Ingaas ლითონის ნახევარწრიული-მეტალიფოტოდეტექტორი, რომელიც ნაჩვენებია ფიგურაში (ა), არის სპეციალური სტრუქტურა, რომელიც დაფუძნებულია შოტკის კავშირზე. 1992 წელს ში და სხვ. გამოყენებული დაბალი წნევის ლითონის-ორგანული ორთქლის ფაზის ეპიტაქსიის ტექნოლოგია (LP-MOVPE) ეპიტაქსიის ფენების გასაზრდელად და მომზადებული INGAAS MSM ფოტოდეტექტორი, რომელსაც აქვს მაღალი რეაგირება 0.42 A/ W ტალღის სიგრძეზე 1.3 μm და მუქი დენი უფრო დაბალია, ვიდრე 5.6 PA/ μm² 1,5 V. 1996 წელს, Zhang et al. გამოყენებული გაზის ფაზა მოლეკულური სხივის ეპიტაქსი (GSMBE) ინალას-ინგაას-ინპის ეპიტაქსიის ფენის გასაზრდელად. ინალასის ფენამ აჩვენა მაღალი რეზისტენტობის მახასიათებლები, ხოლო ზრდის პირობები ოპტიმიზირდა რენტგენოლოგიური დიფრაქციის გაზომვით, ისე, რომ ინგაასა და ინალას ფენებს შორის ცხრილის შეუსაბამობა იყო 1 × 10⁻³ დიაპაზონში. ეს იწვევს მოწყობილობის ოპტიმიზებულ მუშაობას მუქი დენით 0.75 PA/μm² 10 V- ზე და სწრაფი გარდამავალი რეაგირება 16 PS- ზე 5 V.- ზე. მთლიანობაში, MSM სტრუქტურის ფოტომოდექტორი მარტივია და მარტივია ინტეგრაცია, რაც აჩვენებს დაბალ მუქი დენის (PA შეკვეთის), მაგრამ ლითონის ელექტროდი შეამცირებს მოწყობილობის ეფექტურ შუქის შთანთქმის ადგილს, ასე რომ, პასუხი უფრო დაბალია, ვიდრე სხვა სტრუქტურები.
Ingaas pin photodetector აყენებს შინაგან ფენას p- ტიპის კონტაქტის ფენასა და N- ტიპის საკონტაქტო ფენას შორის, როგორც ეს ნაჩვენებია ფიგურაში (ბ), რაც ზრდის დაშლის რეგიონის სიგანეს, რითაც ასხივებს უფრო ელექტრონულ ხვრელის წყვილებს და ქმნის უფრო დიდ ფოტომასალას, ამიტომ მას აქვს შესანიშნავი ელექტრონული გამტარობის შესრულება. 2007 წელს, A.Poloczek et al. გამოყენებული MBE, რომ გაიზარდოს დაბალი ტემპერატურის ბუფერული ფენა ზედაპირის უხეში გასაუმჯობესებლად და Si- სა და INP- ს შორის ცხრილების შეუსაბამობის დასაძლევად. MOCVD გამოიყენეს INGAAS PIN სტრუქტურის ინტეგრირებისთვის INP სუბსტრატზე, ხოლო მოწყობილობის რეაგირება იყო დაახლოებით 0,57 ა /ვ. 2011 წელს, არმიის კვლევის ლაბორატორიამ (ALR) გამოიყენა PIN PhotodeTectors შესასწავლად LIDAR გამოსახულების შესასწავლად ნავიგაციისთვის, დაბრკოლებისთვის/შეჯახების თავიდან ასაცილებლად და მოკლე დისტანციური სამიზნე გამოვლენა/იდენტიფიკაცია მცირე უპილოტო მიწისქვეშა მანქანებისთვის, ინტეგრირებულია მიკროტალღური გამაძლიერებელი ჩიპით, რამაც მნიშვნელოვნად გააუმჯობესა სიგნალ-ხმაურის თანაფარდობა Ingaas Pin PhotoDector. ამის საფუძველზე, 2012 წელს, ALR– მა გამოიყენა ეს LiDAR გამოსახულება რობოტებისთვის, 50 მეტრზე მეტი გამოვლენის დიაპაზონი და რეზოლუცია 256 × 128.
ინგაასიზვავის ფოტოდექტორიარის ერთგვარი ფოტოდეტექტორი, რომელსაც აქვს მოგება, რომლის სტრუქტურა ნაჩვენებია ფიგურაში (გ). ელექტრონული ხვრელი წყვილი იძენს საკმარის ენერგიას ელექტრული ველის მოქმედების ქვეშ, გაორმაგებული რეგიონის შიგნით, რათა შეჯახდეს ატომთან, წარმოქმნას ახალი ელექტრონული ხვრელის წყვილი, ქმნის ზვავის ეფექტს და გაამრავლოს მასალაში არა-წონასწორობის მატარებლები. 2013 წელს, ჯორჯ M– მა გამოიყენა MBE– ს, რათა გაეგრძელებინა rattice– ის შესატყვისი Ingaas და inalas შენადნობები INP სუბსტრატზე, გამოიყენა შენადნობის შემადგენლობაში ცვლილებები, ეპიტაქსიური ფენის სისქე და მოდულირებული გადამზიდავი ენერგია დოპინგი, რათა მაქსიმალურად გაზარდოს ელექტროშოკის იონიზაცია, ხოლო მინიმალური ხვრელის იონიზაციის შემცირებისას. ექვივალენტური გამომავალი სიგნალის მომატებაში, APD აჩვენებს ქვედა ხმაურს და ქვედა მუქი დენი. 2016 წელს Sun Jianfeng et al. ააშენა 1570 ნმ ლაზერული აქტიური ვიზუალიზაციის ექსპერიმენტული პლატფორმა, რომელიც დაფუძნებულია Ingaas Avalanche Photodetector- ზე. შიდა წრეAPD Photodetectorმიიღო ექო და პირდაპირ გამოაქვეყნა ციფრული სიგნალები, რაც მთელ მოწყობილობას კომპაქტურად აქცევს. ექსპერიმენტული შედეგები ნაჩვენებია ფიგურაში. (დ) და (ე). სურათი (დ) არის ვიზუალიზაციის მიზნის ფიზიკური ფოტო, ხოლო ფიგურა (ე) არის სამგანზომილებიანი მანძილის სურათი. აშკარად ჩანს, რომ C ფართობის ფანჯრის არეალს აქვს გარკვეული სიღრმის მანძილი A და B ფართობთან. პლატფორმა აცნობიერებს პულსის სიგანეს 10 ნს -ზე ნაკლები, ერთჯერადი პულსის ენერგია (1 ~ 3) MJ რეგულირებადი, იღებს ლინზების ველის კუთხე 2 °, განმეორების სიხშირე 1 kHz, დეტექტორის მოვალეობის თანაფარდობა დაახლოებით 60%. APD– ს შიდა ფოტომასალა მოგების, სწრაფი რეაგირების, კომპაქტური ზომების, გამძლეობისა და დაბალი ღირებულების წყალობით, APD ფოტოდეტექტორები შეიძლება იყოს ზომების უფრო მაღალი დანიშნულებისამებრ, ვიდრე Pin PhotodeTectors, ასე რომ, ამჟამინდელი mainstream lidar ძირითადად დომინირებს ზვავი ფოტოდეტექტორებით.
საერთო ჯამში, InGAAS- ის მომზადების ტექნოლოგიის სწრაფი განვითარებით, სახლში და მის ფარგლებს გარეთ, ჩვენ შეგვიძლია ოსტატურად გამოვიყენოთ MBE, MOCVD, LPE და სხვა ტექნოლოგიები, რომ მოვამზადოთ დიდი დონის მაღალი ხარისხის INGAAS ეპიტაქსიური ფენა INP სუბსტრატზე. Ingaas PhotodeTectors აჩვენებს დაბალ მუქი დენის და მაღალი რეაგირებას, ყველაზე დაბალი მუქი დენი უფრო დაბალია, ვიდრე 0.75 PA/μm², მაქსიმალური რეაგირება არის 0.57 A/W- მდე, და აქვს სწრაფი გარდამავალი პასუხი (PS შეკვეთა). Ingaas- ის ფოტოდექტორების მომავალი განვითარება ყურადღებას გაამახვილებს შემდეგ ორ ასპექტზე: (1) Ingaas- ის ეპიტაქსიური ფენა პირდაპირ იზრდება SI სუბსტრატზე. ამჟამად, ბაზარზე მიკროელექტრონული მოწყობილობების უმეტესი ნაწილი SI– ზეა დაფუძნებული, ხოლო შემდგომი ინტეგრირებული განვითარება InGAAS და SI დაფუძნებული ზოგადი ტენდენციაა. ისეთი პრობლემების გადაჭრა, როგორიცაა lattice შეუსაბამობა და თერმული გაფართოების კოეფიციენტი განსხვავება, გადამწყვეტი მნიშვნელობა აქვს IngAAS/SI– ს შესწავლისთვის; (2) 1550 ნმ ტალღის სიგრძის ტექნოლოგია მომწიფდა, ხოლო გაფართოებული ტალღის სიგრძე (2.0 ~ 2.5) μM არის მომავალი კვლევის მიმართულება. კომპონენტების გაზრდით, INP სუბსტრატსა და InGAAS ეპიტაქსიულ ფენას შორის ცხრილის შეუსაბამობა გამოიწვევს უფრო სერიოზულ დისლოკაციას და დეფექტებს, ამიტომ აუცილებელია მოწყობილობის პროცესის პარამეტრების ოპტიმიზაცია, ცხრილების დეფექტების შემცირება და მოწყობილობის მუქი დენის შემცირება.
პოსტის დრო: მაისი -06-2024