სტრუქტურაInGaAs ფოტოდეტექტორი
1980-იანი წლებიდან მოყოლებული, როგორც ქვეყნის შიგნით, ასევე მის ფარგლებს გარეთ, მკვლევარები სწავლობენ InGaAs ფოტოდეტექტორების სტრუქტურას, რომლებიც ძირითადად სამ ტიპად იყოფა. ესენია InGaAs ლითონ-ნახევარგამტარ-ლითონის ფოტოდეტექტორი (MSM-PD), InGaAs PIN ფოტოდეტექტორი (PIN-PD) და InGaAs ზვავის ფოტოდეტექტორი (APD-PD). სხვადასხვა სტრუქტურის მქონე InGaAs ფოტოდეტექტორების დამზადების პროცესში და ღირებულებაში მნიშვნელოვანი განსხვავებებია, ასევე დიდი განსხვავებებია მოწყობილობის მუშაობაში.
InGaAs ლითონი-ნახევარგამტარი-ლითონიფოტოდეტექტორი, რომელიც ნაჩვენებია ნახაზზე (ა), წარმოადგენს შოტკის შეერთებაზე დაფუძნებულ სპეციალურ სტრუქტურას. 1992 წელს შიმ და სხვებმა გამოიყენეს დაბალი წნევის მეტალ-ორგანული ორთქლის ფაზის ეპიტაქსიის ტექნოლოგია (LP-MOVPE) ეპიტაქსიის ფენების გასაზრდელად და მოამზადეს InGaAs MSM ფოტოდეტექტორი, რომელსაც აქვს 0.42 ა/ვტ მაღალი მგრძნობელობა 1.3 μm ტალღის სიგრძეზე და 5.6 pA/μm²-ზე დაბალი ბნელი დენი 1.5 ვოლტზე. 1996 წელს ჟანგმა და სხვებმა გამოიყენეს გაზფაზის მოლეკულური სხივური ეპიტაქსია (GSMBE) InAlAs-InGaAs-InP ეპიტაქსიის ფენის გასაზრდელად. InAlAs ფენამ აჩვენა მაღალი წინაღობის მახასიათებლები და ზრდის პირობები ოპტიმიზირებული იყო რენტგენის დიფრაქციული გაზომვით, ისე, რომ InGaAs და InAlAs ფენებს შორის ბადის შეუსაბამობა 1×10⁻³ დიაპაზონში იყო. ეს იწვევს მოწყობილობის ოპტიმიზებულ მუშაობას 0.75 pA/μm²-ზე ნაკლები ბნელი დენით 10 ვოლტზე და სწრაფი გარდამავალი რეაგირებით 16 ps-მდე 5 ვოლტზე. საერთო ჯამში, MSM სტრუქტურის ფოტოდეტექტორი მარტივი და ადვილად ინტეგრირებადია, აჩვენებს დაბალ ბნელ დენს (pA რიგი), მაგრამ ლითონის ელექტროდი შეამცირებს მოწყობილობის ეფექტურ სინათლის შთანთქმის არეალს, ამიტომ რეაგირება უფრო დაბალია, ვიდრე სხვა სტრუქტურებში.
InGaAs PIN ფოტოდეტექტორი P-ტიპის კონტაქტურ ფენასა და N-ტიპის კონტაქტურ ფენას შორის შიდა ფენას ათავსებს, როგორც ეს ნაჩვენებია ნახაზზე (b), რაც ზრდის გამოფიტვის რეგიონის სიგანეს, რითაც გამოსხივდება მეტი ელექტრონ-ხვრელის წყვილი და წარმოიქმნება უფრო დიდი ფოტოდენი, ამიტომ მას აქვს შესანიშნავი ელექტრონული გამტარობის მახასიათებლები. 2007 წელს, ა. პოლოჩეკმა და სხვებმა გამოიყენეს MBE დაბალი ტემპერატურის ბუფერული ფენის გასაზრდელად, ზედაპირის უხეშობის გასაუმჯობესებლად და Si-სა და InP-ს შორის ბადის შეუსაბამობის დასაძლევად. MOCVD გამოყენებული იქნა InGaAs PIN სტრუქტურის InP სუბსტრატზე ინტეგრირებისთვის და მოწყობილობის მგრძნობელობა დაახლოებით 0.57A/W იყო. 2011 წელს, არმიის კვლევითმა ლაბორატორიამ (ALR) გამოიყენა PIN ფოტოდეტექტორები liDAR ვიზუალიზატორის შესასწავლად ნავიგაციისთვის, დაბრკოლებების/შეჯახების თავიდან ასაცილებლად და მცირე დისტანციის სამიზნის აღმოჩენის/იდენტიფიკაციისთვის მცირე უპილოტო სახმელეთო სატრანსპორტო საშუალებებისთვის, რომელიც ინტეგრირებული იყო დაბალფასიან მიკროტალღურ გამაძლიერებელ ჩიპთან, რამაც მნიშვნელოვნად გააუმჯობესა InGaAs PIN ფოტოდეტექტორის სიგნალი-ხმაურის თანაფარდობა. ამის საფუძველზე, 2012 წელს, ALR-მა რობოტებისთვის გამოიყენა ეს liDAR ვიზუალიზატორი, რომლის აღმოჩენის დიაპაზონი 50 მეტრზე მეტი იყო და გარჩევადობა 256 × 128.
InGaAsზვავის ფოტოდეტექტორიარის გაძლიერების მქონე ფოტოდეტექტორის სახეობა, რომლის სტრუქტურა ნაჩვენებია ნახაზზე (გ). ელექტრონ-ხვრელის წყვილი გაორმაგების რეგიონში ელექტრული ველის მოქმედებით საკმარის ენერგიას იღებს, რათა შეეჯახოს ატომს, წარმოქმნას ახალი ელექტრონ-ხვრელის წყვილები, შექმნას ზვავის ეფექტი და გაამრავლოს მასალაში არათანაბარი მატარებლები. 2013 წელს, ჯორჯ მ.-მ გამოიყენა MBE InP სუბსტრატზე ბადისებრი InGaAs და InAlAs შენადნობების გასაზრდელად, შენადნობის შემადგენლობის ცვლილებების, ეპიტაქსიური ფენის სისქის და მოდულირებული მატარებლის ენერგიის დოპირების გამოყენებით ელექტროშოკის იონიზაციის მაქსიმიზაციისა და ხვრელის იონიზაციის მინიმიზაციის მიზნით. ეკვივალენტური გამომავალი სიგნალის გაძლიერებისას, APD აჩვენებს უფრო დაბალ ხმაურს და უფრო დაბალ ბნელ დენს. 2016 წელს, სუნ ჯიანფენგმა და სხვებმა ააშენეს 1570 ნმ ლაზერული აქტიური ვიზუალიზაციის ექსპერიმენტული პლატფორმის ნაკრები InGaAs ზვავის ფოტოდეტექტორის საფუძველზე. შიდა წრედიAPD ფოტოდეტექტორიიღებს ექოებს და პირდაპირ გამოაქვს ციფრული სიგნალები, რაც მთელ მოწყობილობას კომპაქტურს ხდის. ექსპერიმენტის შედეგები ნაჩვენებია ნახ. (დ) და (ე)-ზე. ნახ. (დ) წარმოადგენს გამოსახულების სამიზნის ფიზიკურ ფოტოს, ხოლო ნახ. (ე) წარმოადგენს სამგანზომილებიან მანძილის გამოსახულებას. ნათლად ჩანს, რომ c ფართობის ფანჯრის არეალს აქვს გარკვეული სიღრმის მანძილი A და b არეალებთან. პლატფორმა ახორციელებს 10 ns-ზე ნაკლებ იმპულსის სიგანეს, ერთი იმპულსის ენერგიას (1 ~ 3) mJ რეგულირებადს, მიმღები ლინზის ველის კუთხეს 2°, გამეორების სიხშირეს 1 kHz, დეტექტორის დაახლოებით 60% მუშაობის კოეფიციენტს. APD-ის შიდა ფოტოდენის გაძლიერების, სწრაფი რეაგირების, კომპაქტური ზომის, გამძლეობისა და დაბალი ღირებულების წყალობით, APD ფოტოდეტექტორები შეიძლება იყოს გაცილებით მაღალი აღმოჩენის სიჩქარით, ვიდრე PIN ფოტოდეტექტორები, ამიტომ ამჟამინდელი ძირითადი liDAR ძირითადად ზვავის ფოტოდეტექტორებით არის დომინირებული.
საერთო ჯამში, InGaAs-ის მომზადების ტექნოლოგიის სწრაფი განვითარების წყალობით, როგორც ქვეყნის შიგნით, ასევე მის ფარგლებს გარეთ, ჩვენ შეგვიძლია ოსტატურად გამოვიყენოთ MBE, MOCVD, LPE და სხვა ტექნოლოგიები InP სუბსტრატზე დიდი ფართობის მაღალი ხარისხის InGaAs ეპიტაქსიური ფენის მოსამზადებლად. InGaAs ფოტოდეტექტორები ავლენენ დაბალ ბნელ დენს და მაღალ რეაგირებას, ყველაზე დაბალი ბნელი დენი 0.75 pA/μm²-ზე დაბალია, მაქსიმალური რეაგირება 0.57 A/W-მდეა და აქვს სწრაფი გარდამავალი რეაგირება (ps რიგი). InGaAs ფოტოდეტექტორების მომავალი განვითარება ფოკუსირებული იქნება შემდეგ ორ ასპექტზე: (1) InGaAs ეპიტაქსიური ფენა პირდაპირ იზრდება Si სუბსტრატზე. ამჟამად, ბაზარზე არსებული მიკროელექტრონული მოწყობილობების უმეტესობა Si-ზე დაფუძნებულია და InGaAs-ისა და Si-ზე დაფუძნებული შემდგომი ინტეგრირებული განვითარება ზოგადი ტენდენციაა. ისეთი პრობლემების გადაჭრა, როგორიცაა ბადის შეუსაბამობა და თერმული გაფართოების კოეფიციენტის სხვაობა, გადამწყვეტია InGaAs/Si-ის შესწავლისთვის; (2) 1550 ნმ ტალღის სიგრძის ტექნოლოგია უკვე განვითარებულია და გაფართოებული ტალღის სიგრძის (2.0 ~ 2.5) μm კვლევის მომავალი მიმართულებაა. In კომპონენტების ზრდასთან ერთად, InP სუბსტრატსა და InGaAs ეპიტაქსიურ ფენას შორის ბადის შეუსაბამობა გამოიწვევს უფრო სერიოზულ დისლოკაციებსა და დეფექტებს, ამიტომ აუცილებელია მოწყობილობის დამუშავების პარამეტრების ოპტიმიზაცია, ბადის დეფექტების შემცირება და მოწყობილობის ბნელი დენის შემცირება.
გამოქვეყნების დრო: 2024 წლის 6 მაისი