ҚұрылымыInGaAs фотодетекторы
1980 жылдардан бастап отандық және шетелдік зерттеушілер InGaAs фотодетекторларының құрылымын зерттеді, олар негізінен үш түрге бөлінеді. Олар InGaAs металл-жартылай өткізгіш-металл фотодетекторы (MSM-PD), InGaAs PIN фотодетекторы (PIN-PD) және InGaAs көшкін фотодетекторы (APD-PD). Әртүрлі құрылымды InGaAs фотодетекторларын жасау процесі мен құнында айтарлықтай айырмашылықтар бар, сондай-ақ құрылғының өнімділігінде де үлкен айырмашылықтар бар.
InGaAs металл-жартылай өткізгіш-металлфотодетектор, (а) суретте көрсетілгендей, Шоттки түйіспесіне негізделген арнайы құрылым болып табылады. 1992 жылы Ши және т.б. эпитаксия қабаттарын өсіру үшін төмен қысымды металл-органикалық бу фазалық эпитаксия технологиясын (LP-MOVPE) қолданды және 1,3 мкм толқын ұзындығында 0,42 А/Вт жоғары сезімталдыққа және 1,5 В кернеуде 5,6 пА/мкм²-ден төмен қараңғы токқа ие InGaAs MSM фотодетекторын дайындады. 1996 жылы Чжан және т.б. InAlAs-InGaAs-InP эпитаксия қабатын өсіру үшін газ фазалық молекулалық сәулелік эпитаксияны (GSMBE) қолданды. InAlAs қабаты жоғары кедергі сипаттамаларын көрсетті, ал өсу жағдайлары рентгендік дифракцияны өлшеу арқылы оңтайландырылды, сондықтан InGaAs және InAlAs қабаттары арасындағы тор сәйкессіздігі 1×10⁻³ диапазонында болды. Бұл 10 В кезінде 0,75 пА/мкм²-ден төмен қараңғы токпен және 5 В кезінде 16 пс дейін жылдам өтпелі жауаппен құрылғының оңтайландырылған өнімділігіне әкеледі. Жалпы алғанда, MSM құрылымдық фотодетекторы қарапайым және біріктіруге оңай, төмен қараңғы токты (пА реті) көрсетеді, бірақ металл электрод құрылғының тиімді жарық сіңіру аймағын азайтады, сондықтан жауап басқа құрылымдарға қарағанда төмен.
InGaAs PIN фотодетекторы (b) суретте көрсетілгендей, P типті байланыс қабаты мен N типті байланыс қабаты арасына ішкі қабат енгізеді, бұл сарқылу аймағының енін арттырады, осылайша көбірек электронды тесік жұптарын сәулелендіреді және үлкенірек фототок түзеді, сондықтан ол тамаша электрон өткізгіштік өнімділігіне ие. 2007 жылы А.Полочек және т.б. бетінің кедір-бұдырлығын жақсарту және Si мен InP арасындағы тор сәйкессіздігін жеңу үшін төмен температуралы буферлік қабатты өсіру үшін MBE пайдаланды. MOCVD InGaAs PIN құрылымын InP негізіне біріктіру үшін пайдаланылды, ал құрылғының жауап беру қабілеті шамамен 0,57A/W болды. 2011 жылы Армия зерттеу зертханасы (ALR) шағын пилотсыз жер үсті көліктері үшін навигация, кедергілерді/соқтығысуларды болдырмау және қысқа қашықтықтағы нысананы анықтау/идентификациялау үшін liDAR бейнелеу құрылғысын зерттеу үшін PIN фотодетекторларын пайдаланды, ол InGaAs PIN фотодетекторының сигнал-шу қатынасын айтарлықтай жақсартқан арзан микротолқынды күшейткіш чипімен біріктірілген. Осыған сүйене отырып, 2012 жылы ALR роботтар үшін анықтау ауқымы 50 м-ден асатын және ажыратымдылығы 256 × 128 болатын осы liDAR бейнелеу құрылғысын пайдаланды.
InGaAsкөшкін фотодетекторыкүшейту коэффициенті бар фотодетектордың бір түрі, оның құрылымы (c) суретте көрсетілген. Электрон-тесік жұбы екі еселену аймағындағы электр өрісінің әсерінен атоммен соқтығысу, жаңа электрон-тесік жұптарын жасау, көшкін әсерін қалыптастыру және материалдағы тепе-теңдіксіз тасымалдаушыларды көбейту үшін жеткілікті энергия алады. 2013 жылы Джордж М MBE көмегімен InP негізінде торлы сәйкестендірілген InGaAs және InAlAs қорытпаларын өсірді, қорытпа құрамындағы өзгерістерді, эпитаксиалды қабат қалыңдығын және модуляцияланған тасымалдаушы энергиясына легирлеуді пайдаланып, тесік иондалуын азайта отырып, электрошок иондалуын барынша арттырды. Балама шығыс сигналының күшейтуінде APD төмен шу мен төмен қараңғы токты көрсетеді. 2016 жылы Сунь Цзяньфэн және т.б. InGaAs көшкін фотодетекторына негізделген 1570 нм лазерлік белсенді бейнелеу эксперименттік платформасының жиынтығын жасады. Ішкі тізбекAPD фотодетекторыЖаңғырықтарды қабылдап, тікелей сандық сигналдарды шығарады, бұл бүкіл құрылғыны ықшам етеді. Тәжірибелік нәтижелер (d) және (e) суреттерінде көрсетілген. (d) сурет - бейнелеу нысанасының физикалық фотосуреті, ал (e) сурет - үш өлшемді қашықтықтағы кескін. c аймағының терезе ауданының A және b аудандарымен белгілі бір тереңдік арақашықтығы бар екенін анық көруге болады. Платформа импульс енін 10 нс-тен аз, бір импульстік энергияны (1 ~ 3) мДж реттеуге болады, қабылдау линзасының өріс бұрышы 2°, қайталау жиілігі 1 кГц, детектордың жұмыс коэффициенті шамамен 60% құрайды. APD ішкі фототок күшеюі, жылдам жауап беруі, ықшам өлшемі, беріктігі және төмен құнының арқасында APD фотодетекторлары PIN фотодетекторларына қарағанда анықтау жылдамдығы бойынша бірнеше есе жоғары болуы мүмкін, сондықтан қазіргі негізгі liDAR негізінен көшкін фотодетекторларымен басым.
Жалпы алғанда, InGaAs дайындау технологиясының отандық және шетелде қарқынды дамуымен біз MBE, MOCVD, LPE және басқа технологияларды шебер пайдалана отырып, InP негізіне үлкен аумақты жоғары сапалы InGaAs эпитаксиалды қабатын дайындай аламыз. InGaAs фотодетекторлары төмен қараңғы ток және жоғары сезімталдық көрсетеді, ең төменгі қараңғы ток 0,75 пА/мкм²-ден төмен, максималды сезімталдық 0,57 А/Вт дейін және жылдам өтпелі реакцияға ие (ps реті). InGaAs фотодетекторларының болашақ дамуы келесі екі аспектіге бағытталады: (1) InGaAs эпитаксиалды қабаты тікелей Si негізіне өсіріледі. Қазіргі уақытта нарықтағы микроэлектрондық құрылғылардың көпшілігі Si негізінде жасалған, ал кейіннен InGaAs және Si негізіндегі интеграцияланған әзірлеу жалпы үрдіс болып табылады. Тордың сәйкес келмеуі және жылулық кеңею коэффициентінің айырмашылығы сияқты мәселелерді шешу InGaAs/Si зерттеу үшін өте маңызды; (2) 1550 нм толқын ұзындығы технологиясы жетілген, ал ұзартылған толқын ұзындығы (2,0 ~ 2,5) мкм болашақ зерттеу бағыты болып табылады. In компоненттерінің артуымен InP негізі мен InGaAs эпитаксиалды қабаты арасындағы тор сәйкессіздігі елеулі дислокация мен ақауларға әкеледі, сондықтан құрылғының технологиялық параметрлерін оңтайландыру, тор ақауларын азайту және құрылғының күңгірт тогын азайту қажет.
Жарияланған уақыты: 2024 жылғы 6 мамыр