Struktura Ingaas fotodetektor

StrukturaIngaas fotodetektor

Od 1980 -ih, istraživači u zemlji i inozemstvu proučavali su strukturu Ingaas fotodetektora, koji su uglavnom podijeljeni u tri vrste. To su Ingaas metal-semiconductor-metal fotodetektor (MSM-PD), Ingaas PIN fotodetektor (PIN-PD) i Ingaas Avalanche Photodetector (APD-PD). Postoje značajne razlike u procesu izrade i troškova Ingaas fotodetektora s različitim strukturama, a postoje i velike razlike u performansama uređaja.

Ingaas Metal-Semiconductor-Metalfotodetektor, prikazano na slici (a), posebna je struktura koja se temelji na Schottkyju. 1992. Shi i sur. Koristila je tehnologija epitaksije faze metala-organske vaporske faze (LP-MOVPE) za uzgoj slojeva epitaksije i pripremao IngaAS MSM fotodetektor, koji ima visoku reakciju od 0,42 A/ W pri valnoj duljini od 1,3 µm i tamne struje niža od 5,6 PA/ µM² u 1996, u 1996, ZHAGH. Korištena epitaksija molekularnog snopa plinske faze (GSMBE) za uzgoj sloja epitaksije INALAS-ingaas-inp. Sloj INALAS pokazao je karakteristike visoke otpornosti, a uvjeti rasta optimizirani su mjerenjem difrakcije rendgenskih zraka, tako da je neusklađenost rešetke između Ingaas i INALAS slojeva bila u rasponu od 1 × 10⁻³. To rezultira optimiziranim performansama uređaja s tamnom strujom ispod 0,75 PA/µm² pri 10 V i brzim prolaznim odzivom do 16 ps na 5 V. U cjelini, MSM struktura fotodetektor je jednostavan i jednostavan za integriranje, pokazujući nisku tamnu struju (PA redoslijed), ali metalna elektroda će smanjiti učinkovito područje apsorpcije svjetla, pa je odgovor niže od drugih struktura.

Ingaas PIN fotodetektor ubacuje svojstveni sloj između kontaktnog sloja P-tipa i kontaktnog sloja N-tipa, kao što je prikazano na slici (b), koji povećava širinu regije iscrpljivanja, zrači na taj način više parova iz elektrona i formira veće foto-vatrenice, tako da ima izvrsne performanse elektrona. 2007. A.Poloczek i sur. Koristite MBE za uzgoj sloja pufera s niskom temperaturom za poboljšanje hrapavosti površine i prevladavanje neusklađenosti rešetke između Si i INP-a. MOCVD je korišten za integriranje ingas strukture PIN -a na INP supstrat, a reaktivnost uređaja iznosila je oko 0,57A /W. U 2011. godini, vojni istraživački laboratorij (ALR) upotrijebio je PIN fotodetektore za proučavanje LiDAR snimača za navigaciju, izbjegavanje prepreka/sudara i detekcije/identifikacije ciljeva kratkog dometa za mala bespilotna zemljana vozila, integrirana s jeftinim mikrovalnim pojačalom, koji je značajno poboljšao omjer signala i-noise PIN-a. Na temelju toga, 2012. godine ALR je koristio ovaj LiDAR Imager za robote, s rasponom otkrivanja većim od 50 m i rezolucijom od 256 × 128.

Ingaaslavinski fotodetektorje vrsta fotodetektora s dobitkom, čija je struktura prikazana na slici (c). Par s elektronskim rupama dobiva dovoljno energije pod djelovanjem električnog polja unutar regije udvostručenja, kako bi se sudario s atomom, generirao nove parove iz rupe elektrona, tvorio efekt lavine i umnožavao nosače koji nisu ravnotežni u materijalu. Godine 2013. George M koristio je MBE za uzgoj rešetke koje su odgovarale ingaas i legure INALAS na INP supstratu, koristeći promjene u sastavama legure, debljinu epitaksijalnog sloja i doping za moduliranu energiju nosača kako bi maksimizirali ionizaciju elektroshoka, a istovremeno minimizirali ionizaciju rupa. Pri ekvivalentnom pojačanju izlaznog signala, APD pokazuje nižu buku i nižu tamnu struju. U 2016., Sun Jianfeng i sur. Izgradio je skup od 1570 nm laserskog aktivnog snimanja eksperimentalne platforme na temelju fotodetektor Ingaas Avalanche. Unutarnji krugAPD fotodetektorPrimljeni odjeci i izravno izlažu digitalne signale, čineći cijeli uređaj kompaktnim. Rezultati eksperimenta prikazani su na Sl. (d) i (e). Slika (d) je fizička fotografija cilja za snimanje, a slika (E) je trodimenzionalna slika udaljenosti. Jasno se vidi da područje prozora područja C ima određenu dubinsku udaljenost s područjem A i B. Platforma ostvaruje širinu impulsa manju od 10 ns, pojedinačna impulsna energija (1 ~ 3) MJ podesiva, prijemni kut polja leće od 2 °, frekvencija ponavljanja od 1 kHz, omjer detektora od oko 60%. Zahvaljujući APD -ovom unutarnjem pojačanju fotoprotosa, brzom odzivu, kompaktnoj veličini, trajnosti i niskim troškovima, APD fotodetektori mogu biti redoslijed magnitude veće brzine otkrivanja od PIN fotodetektora, tako da trenutni glavni LIDAR uglavnom dominiraju lavanski fotodetektori.

Općenito, brzim razvojem Ingaas tehnologije pripreme u zemlji i inozemstvu, možemo vješto koristiti MBE, MOCVD, LPE i druge tehnologije za pripremu visokokvalitetnog Epitaksijalnog sloja Ingaas u velikom području na INP supstratu. Ingaas fotodetektori pokazuju nisku tamnu struju i visoku reakciju, najniža tamna struja je niža od 0,75 pA/µm², maksimalna reakcija je do 0,57 A/W i ima brz prolazni odgovor (PS redoslijed). Budući razvoj Ingaas fotodetektora usredotočit će se na sljedeća dva aspekta: (1) Ingaas epitaksijski sloj izravno se uzgaja na SI supstratu. Trenutno se većina mikroelektronskih uređaja na tržištu temelji na SI, a naknadni integrirani razvoj Ingaas i SI temeljen je opći trend. Rješavanje problema poput neusklađenosti rešetke i koeficijenta toplinske ekspanzije ključno je za proučavanje Ingaas/Si; (2) Tehnologija valne duljine 1550 nm zrela je, a proširena valna duljina (2,0 ~ 2,5) µM budući je istraživački smjer. S porastom komponenti, neusklađenost rešetke između INP supstrata i Epitaksijalnog sloja Ingaas dovest će do ozbiljnije dislokacije i oštećenja, tako da je potrebno optimizirati parametre procesa uređaja, smanjiti nedostatke rešetke i smanjiti tamnu struju uređaja.