სტრუქტურაInGaAs ფოტოდეტექტორი
1980-იანი წლებიდან მკვლევარებმა სახლში და მის ფარგლებს გარეთ შეისწავლეს InGaAs ფოტოდეტექტორების სტრუქტურა, რომლებიც ძირითადად იყოფა სამ ტიპად. ეს არის InGaAs ლითონის-ნახევრგამტარული-მეტალის ფოტოდეტექტორი (MSM-PD), InGaAs PIN ფოტოდეტექტორი (PIN-PD) და InGaAs ზვავის ფოტოდეტექტორი (APD-PD). არსებობს მნიშვნელოვანი განსხვავებები სხვადასხვა სტრუქტურის მქონე InGaAs ფოტოდეტექტორების დამზადების პროცესში და ღირებულებაში, ასევე დიდი განსხვავებებია მოწყობილობის მუშაობაში.
InGaAs ლითონ-ნახევარგამტარ-ლითონიფოტოდეტექტორი, ნაჩვენებია სურათზე (ა), არის სპეციალური სტრუქტურა, რომელიც დაფუძნებულია შოთკის შეერთებაზე. 1992 წელს ში და სხვ. გამოიყენა დაბალი წნევის ლითონ-ორგანული ორთქლის ფაზის ეპიტაქსიის ტექნოლოგია (LP-MOVPE) ეპიტაქსიის ფენების გასაშენებლად და მოამზადა InGaAs MSM ფოტოდეტექტორი, რომელსაც აქვს მაღალი რეაგირება 0,42 A/W ტალღის სიგრძეზე 1,3 მკმ და მუქი დენი 5,6 pA/-ზე ნაკლები. μm² 1,5 V. 1996 წელს zhang et al. გამოიყენა გაზის ფაზის მოლეკულური სხივის ეპიტაქსია (GSMBE) InAlAs-InGaAs-InP ეპიტაქსიის შრის გასაშენებლად. InAlAs ფენამ აჩვენა მაღალი წინააღმდეგობის მახასიათებლები და ზრდის პირობები ოპტიმიზირებული იყო რენტგენის დიფრაქციის გაზომვით, ისე, რომ გისოსების შეუსაბამობა InGaAs და InAlAs ფენებს შორის იყო 1×10-3 დიაპაზონში. ეს იწვევს მოწყობილობის ოპტიმიზებულ მუშაობას მუქი დენით 0,75 pA/μm² ქვემოთ 10 ვ-ზე და სწრაფ გარდამავალ რეაგირებას 16 ps-მდე 5 ვ-ზე. მთლიანობაში, MSM სტრუქტურის ფოტოდეტექტორი მარტივია და ადვილად ინტეგრირებული, აჩვენებს დაბალ ბნელ დენს (pA შეკვეთა), მაგრამ ლითონის ელექტროდი შეამცირებს მოწყობილობის ეფექტურ სინათლის შთანთქმის არეალს, ამიტომ რეაქცია უფრო დაბალია, ვიდრე სხვა სტრუქტურები.
InGaAs PIN ფოტოდეტექტორი ათავსებს შინაგან ფენას P-ტიპის საკონტაქტო ფენასა და N-ტიპის საკონტაქტო ფენას შორის, როგორც ნაჩვენებია სურათზე (ბ), რომელიც ზრდის ამოწურვის რეგიონის სიგანეს, რითაც ასხივებს მეტ ელექტრონულ ხვრელ წყვილს და ქმნის უფრო დიდი ფოტოდენი, ამიტომ მას აქვს ელექტრონული გამტარობის შესანიშნავი შესრულება. 2007 წელს A.Poloczek et al. გამოიყენა MBE დაბალი ტემპერატურის ბუფერული ფენის გასაშენებლად ზედაპირის უხეშობის გასაუმჯობესებლად და გისოსების შეუსაბამობის დასაძლევად Si-სა და InP-ს შორის. MOCVD გამოიყენებოდა InGaAs PIN სტრუქტურის InP სუბსტრატზე ინტეგრირებისთვის და მოწყობილობის რეაგირება იყო დაახლოებით 0,57A/W. 2011 წელს არმიის კვლევითმა ლაბორატორიამ (ALR) გამოიყენა PIN ფოტოდეტექტორები, რათა შეესწავლა liDAR გამოსახულება ნავიგაციისთვის, დაბრკოლებების/შეჯახების თავიდან აცილების და მცირე მანძილის სამიზნის აღმოჩენის/იდენტიფიკაციისთვის მცირე უპილოტო სახმელეთო მანქანებისთვის, ინტეგრირებული იაფფასიანი მიკროტალღური გამაძლიერებლის ჩიპთან, რომელიც მნიშვნელოვნად გააუმჯობესა InGaAs PIN ფოტოდეტექტორის სიგნალი-ხმაურის თანაფარდობა. ამის საფუძველზე, 2012 წელს, ALR-მ გამოიყენა ეს liDAR გამოსახულება რობოტებისთვის, 50 მ-ზე მეტი ამოცნობის დიაპაზონით და 256 × 128 გარჩევადობით.
InGaAsზვავის ფოტოდეტექტორიარის ერთგვარი ფოტოდეტექტორი მომატებით, რომლის სტრუქტურა ნაჩვენებია სურათზე (გ). ელექტრონული ხვრელის წყვილი იღებს საკმარის ენერგიას ელექტრული ველის მოქმედებით გაორმაგების რეგიონში, რათა შეეჯახოს ატომს, წარმოქმნას ახალი ელექტრონული ხვრელის წყვილი, წარმოქმნას ზვავის ეფექტი და გაამრავლოს არაბალანსირებული მატარებლები მასალაში. . 2013 წელს, ჯორჯ M-მ გამოიყენა MBE, რათა გაეზარდა გისოსების შესაბამისი InGaAs და InAlAs შენადნობები InP სუბსტრატზე, გამოიყენა შენადნობის შემადგენლობის ცვლილებები, ეპიტაქსიალური ფენის სისქე და დოპინგი მოდულირებული გადამზიდის ენერგიაზე ელექტროშოკის იონიზაციის მაქსიმალურად გაზრდის მიზნით, ხვრელების იონიზაციის მინიმიზაციისას. ექვივალენტური გამომავალი სიგნალის მომატებისას, APD აჩვენებს დაბალ ხმაურს და დაბალ ბნელ დენს. 2016 წელს Sun Jianfeng და სხვ. ააშენა 1570 ნმ ლაზერული აქტიური გამოსახულების ექსპერიმენტული პლატფორმის ნაკრები, რომელიც დაფუძნებულია InGaAs ზვავის ფოტოდეტექტორზე. -ის შიდა წრეAPD ფოტოდეტექტორიმიიღო ექო და პირდაპირ გამოსცა ციფრული სიგნალები, რაც მთელ მოწყობილობას კომპაქტურს ხდის. ექსპერიმენტული შედეგები ნაჩვენებია ნახ. (დ) და (ე). სურათი (დ) არის გამოსახულების სამიზნის ფიზიკური ფოტო, ხოლო ფიგურა (ე) არის სამგანზომილებიანი მანძილის გამოსახულება. აშკარად ჩანს, რომ c უბნის ფანჯრის არეს აქვს გარკვეული სიღრმის მანძილი A და b ფართობებთან. პლატფორმა აცნობიერებს პულსის სიგანეს 10 ns-ზე ნაკლებს, ერთჯერადი პულსის ენერგია (1 ~ 3) mJ რეგულირებადი, მიმღები ლინზის ველის კუთხე 2°, განმეორების სიხშირე 1 kHz, დეტექტორის მუშაობის კოეფიციენტი დაახლოებით 60%. APD-ის შიდა ფოტოდინების მომატების, სწრაფი რეაგირების, კომპაქტური ზომის, გამძლეობისა და დაბალი ღირებულების წყალობით, APD ფოტოდეტექტორები შეიძლება იყოს უფრო მაღალი გამოვლენის სიჩქარით, ვიდრე PIN ფოტოდეტექტორები, ამიტომ მიმდინარე ძირითადი liDAR ძირითადად დომინირებს ზვავის ფოტოდეტექტორებით.
მთლიანობაში, InGaAs მომზადების ტექნოლოგიის სწრაფი განვითარებით სახლში და მის ფარგლებს გარეთ, ჩვენ შეგვიძლია ოსტატურად გამოვიყენოთ MBE, MOCVD, LPE და სხვა ტექნოლოგიები InP სუბსტრატზე დიდი ფართობის მაღალი ხარისხის InGaAs ეპიტაქსიალური ფენის მოსამზადებლად. InGaAs ფოტოდეტექტორები აჩვენებენ დაბალ ბნელ დენს და მაღალ რეაგირებას, ყველაზე დაბალი ბნელი დენი არის 0,75 pA/μm²-ზე დაბალი, მაქსიმალური რეაგირება 0,57 A/W-მდე და აქვს სწრაფი გარდამავალი რეაქცია (ps რიგი). InGaAs ფოტოდეტექტორების მომავალი განვითარება ფოკუსირებული იქნება შემდეგ ორ ასპექტზე: (1) InGaAs ეპიტაქსიალური შრე პირდაპირ იზრდება Si სუბსტრატზე. ამჟამად, ბაზარზე არსებული მიკროელექტრონული მოწყობილობების უმეტესობა დაფუძნებულია Si-ზე, ხოლო InGaAs-ისა და Si-ის შემდგომი ინტეგრირებული განვითარება ზოგადი ტენდენციაა. პრობლემების გადაჭრა, როგორიცაა გისოსების შეუსაბამობა და თერმული გაფართოების კოეფიციენტის სხვაობა, გადამწყვეტია InGaAs/Si-ს შესწავლისთვის; (2) 1550 ნმ ტალღის სიგრძის ტექნოლოგია უკვე მომწიფებულია და გაფართოებული ტალღის სიგრძე (2.0 ~ 2.5) μm არის მომავალი კვლევის მიმართულება. In კომპონენტების მატებასთან ერთად, გისოსების შეუსაბამობა InP სუბსტრატსა და InGaAs ეპიტაქსიალურ ფენას შორის გამოიწვევს უფრო სერიოზულ დისლოკაციას და დეფექტებს, ამიტომ აუცილებელია მოწყობილობის პროცესის პარამეტრების ოპტიმიზაცია, გისოსების დეფექტების შემცირება და მოწყობილობის ბნელი დენის შემცირება.
გამოქვეყნების დრო: მაისი-06-2024