ҚұрылымыInGaAs фотодетекторы
1980 жылдардан бастап зерттеушілер InGaAs фотодетекторларының құрылымын зерттеп келеді, оларды үш негізгі түрге бөлуге болады: InGaAs металл жартылай өткізгіш металлфотодетекторлар(MSM-PD), InGaAsPIN фотодетекторлары(PIN-PD) және InGaAsқар көшкіні фотодетекторлары(APD-PD). Әртүрлі құрылымды InGaAs фотодетекторларын өндіру процесі мен құнында айтарлықтай айырмашылықтар бар, сондай-ақ құрылғының өнімділігінде де айтарлықтай айырмашылықтар бар.
Суретте InGaAs металл жартылай өткізгіш металл фотодетекторының құрылымының схемалық диаграммасы көрсетілген, ол Шоттки түйіспесіне негізделген арнайы құрылым болып табылады. 1992 жылы Ши және т.б. эпитаксиалды қабаттарды өсіру және InGaAs MSM фотодетекторларын дайындау үшін төмен қысымды металл органикалық бу фазалық эпитакси (LP-MOVPE) технологиясын қолданды. Құрылғының толқын ұзындығы 1,3 мкм болғанда 0,42 А/Вт жоғары жауапкершілігі және 1,5 В болғанда 5,6 пА/мкм²-ден аз қараңғы ток бар. 1996 жылы зерттеушілер жоғары кедергі сипаттамаларын көрсеткен InAlAs InGaAs InP эпитаксиалды қабаттарын өсіру үшін газ фазалық молекулалық сәулелік эпитаксийді (GSMBE) қолданды. Өсу жағдайлары рентгендік дифракциялық өлшеулер арқылы оңтайландырылды, нәтижесінде InGaAs және InAlAs қабаттары арасында 1 × 10 ⁻ ³ диапазонында тор сәйкессіздігі пайда болды. Нәтижесінде, құрылғының өнімділігі оңтайландырылды, 10 В кернеуде 0,75 пА/μ м²-ден аз күңгірт ток және 5 В кернеуде 16 пс жылдам өтпелі жауап болды. Жалпы алғанда, MSM құрылымды фотодетекторы қарапайым және біріктіруге оңай құрылымға ие, төмен күңгірт токты (пА деңгейі) көрсетеді, бірақ металл электрод құрылғының тиімді жарық сіңіру аймағын азайтады, бұл басқа құрылымдармен салыстырғанда төмен жауапкершілікке әкеледі.
InGaAs PIN фотодетекторында суретте көрсетілгендей, P типті байланыс қабаты мен N типті байланыс қабаты арасына салынған ішкі қабат бар, ол сарқылу аймағының енін арттырады, осылайша көбірек электронды тесік жұптарын сәулелендіреді және үлкенірек фототок түзеді, осылайша тамаша электрондық өткізгіштікті көрсетеді. 2007 жылы зерттеушілер MBE-ді төмен температуралы буферлік қабаттарды өсіру үшін қолданды, беткі кедір-бұдырлықты жақсартты және Si мен InP арасындағы тор сәйкессіздігін жеңді. Олар MOCVD көмегімен InGaAs PIN құрылымдарын InP субстраттарына біріктірді, ал құрылғының жауап беру қабілеті шамамен 0,57 А/Вт болды. 2011 жылы зерттеушілер PIN фотодетекторларын пайдаланып, навигация, кедергілерді/соқтығысуларды болдырмау және шағын пилотсыз жердегі көліктерді нысанаға алу/тану үшін қысқа қашықтықтағы LiDAR бейнелеу құрылғысын жасады. Құрылғы арзан микротолқынды күшейткіш чипімен біріктірілді, бұл InGaAs PIN фотодетекторларының сигнал-шу қатынасын айтарлықтай жақсартты. Осы негізде, 2012 жылы зерттеушілер бұл LiDAR бейнелеу құрылғысын роботтарға қолданды, оның анықтау ауқымы 50 метрден асады және ажыратымдылығы 256 × 128 дейін арттырылды.
InGaAs қар көшкіні фотодетекторы - құрылым диаграммасында көрсетілгендей күшейту коэффициенті бар фотодетектор түрі. Электрондық тесіктер жұптары екі еселену аймағындағы электр өрісінің әсерінен жеткілікті энергия алады және атомдармен соқтығысып, жаңа электронды тесіктер жұптарын түзеді, көшкін әсерін тудырады және материалдағы тепе-тең емес заряд тасымалдаушыларын екі еселейді. 2013 жылы зерттеушілер MBE көмегімен InP субстраттарында торлы сәйкестендірілген InGaAs және InAlAs қорытпаларын өсірді, қорытпа құрамының, эпитаксиалды қабат қалыңдығының және легирлеу арқылы тасымалдаушы энергиясын модуляциялады, тесік иондалуын азайта отырып, электрошок иондалуын барынша арттырды. Балама шығыс сигналының күшейту кезінде APD төмен шу мен төмен қараңғы ток көрсетеді. 2016 жылы зерттеушілер InGaAs қар көшкіні фотодетекторларына негізделген 1570 нм лазерлік белсенді бейнелеу эксперименттік платформасын жасады. Ішкі тізбекAPD фотодетекторыжаңғырықтарды қабылдап, тікелей сандық сигналдарды шығарады, бұл бүкіл құрылғыны ықшам етеді. Тәжірибе нәтижелері (d) және (e) суреттерінде көрсетілген. (d) сурет - бейнелеу нысанасының физикалық фотосуреті, ал (e) сурет - үш өлшемді қашықтықтағы кескін. С аймағындағы терезе аймағының А және В аймақтарынан белгілі бір тереңдікке дейінгі қашықтықта екенін анық көруге болады. Бұл платформа импульс ені 10 нс-тен аз, реттелетін бір импульстік энергия (1-3) мДж, таратушы және қабылдаушы линзалар үшін көру бұрышы 2°, қайталау жиілігі 1 кГц және детектордың жұмыс циклі шамамен 60% құрайды. Ішкі фототок күшейтуінің, жылдам жауап берудің, ықшам өлшемінің, беріктігінің және APD-нің төмен құнының арқасында APD фотодетекторлары PIN фотодетекторларына қарағанда бір есе жоғары анықтау жылдамдығына қол жеткізе алады. Сондықтан, қазіргі уақытта негізгі лазерлік радар негізінен көшкін фотодетекторларын пайдаланады.
Жарияланған уақыты: 2026 жылғы 11 ақпан