Сохтори фотодетектори InGaAs

СохториФотодетектори InGaAs

Аз солҳои 1980-ум муҳаққиқон дар дохил ва хориҷи кишвар сохтори фотодетекторҳои InGaAs-ро омӯхтанд, ки асосан ба се намуд тақсим мешаванд. Онҳо InGaAs фотодетектори металлӣ-нимноқил-металлӣ (MSM-PD), InGaAs PIN Photodetector (PIN-PD) ва InGaAs Photodetector (APD-PD) мебошанд. Дар раванди истеҳсол ва арзиши фотодетекторҳои InGaAs бо сохторҳои гуногун фарқиятҳои назаррас мавҷуданд ва дар кори дастгоҳ низ фарқиятҳои калон мавҷуданд.

InGaAs металлӣ-нимноқил-металлӣфотодетектор, ки дар расми (а) нишон дода шудааст, сохтори махсусест, ки дар асоси пайванди Шоттки асос ёфтааст. Соли 1992 Ши ва дигарон. барои парвариши қабатҳои эпитаксия технологияи эпитаксионии фазаи буғи металлӣ-органикӣ фишори паст (LP-MOVPE) истифода бурда, фотодетектори InGaAs MSM-ро омода кардааст, ки дорои вокуниши баланди 0,42 А/В дар дарозии мавҷ 1,3 мкм ва ҷараёни торикӣ аз 5,6 пА/ мкм² дар 1,5 В. Соли 1996, Чжан ва дигарон. барои парвариши қабати эпитаксионии InAlAs-InGaAs-InP эпитаксияи чӯби фазавии молекулавӣ (GSMBE) -ро истифода бурд. Қабати InAlAs хусусиятҳои муқовимати баланди муқовиматро нишон дод ва шароити афзоиш тавассути андозагирии дифраксияи рентгенӣ оптимизатсия карда шуд, то ки номутобиқатии торҳо байни қабатҳои InGaAs ва InAlAs дар ҳудуди 1×10⁻³ буд. Ин боиси оптимизатсияи кори дастгоҳ бо ҷараёни торикӣ аз 0,75 pA/μm² дар 10 В ва аксуламали фаврии муваққатӣ то 16 ps дар 5 В мегардад. Дар маҷмӯъ, фотодетектори сохтори MSM оддӣ ва осон ба ҳамгироӣ буда, ҷараёни пасти торикиро нишон медиҳад (pA) фармоиш), аммо электроди металлӣ майдони самараноки азхудкунии нури дастгоҳро коҳиш медиҳад, бинобар ин вокуниш нисбат ба дигар сохторҳо пасттар аст.

Фотодетектори InGaAs PIN як қабати дохилиро байни қабати тамоси навъи P ва қабати N-и алоқа ҷойгир мекунад, тавре ки дар расми (b) нишон дода шудааст, ки паҳнои минтақаи камшавиро зиёд мекунад ва ҳамин тавр ҷуфтҳои сӯрохиҳои электрониро бештар радиатсия мекунад ва фотоҷараёни калонтар, аз ин рӯ, он дорои қобилияти аълои интиқоли электронӣ мебошад. Соли 2007, А.Полочек ва дигарон. MBE-ро барои парвариши қабати буферии ҳарорати паст барои беҳтар кардани ноҳамвории рӯи замин ва бартараф кардани номутобиқатии торҳои байни Si ва InP истифода бурд. MOCVD барои ҳамгироии сохтори InGaAs PIN дар субстрати InP истифода мешуд ва вокуниши дастгоҳ тақрибан 0,57А / Вт буд. Дар соли 2011, Лабораторияи таҳқиқотии артиш (ALR) фотодетекторҳои PIN-ро барои омӯхтани тасвири liDAR барои навигатсия, пешгирӣ аз монеаҳо/бархӯрд ва муайянкунии ҳадафҳои кӯтоҳмуддат барои мошинҳои хурди бесарнишини заминӣ, ки бо чипи пурқувваткунандаи микромавҷи арзон муттаҳид карда шудааст, истифода бурд. таносуби сигнал ба садои фотодетектори InGaAs PIN-ро хеле беҳтар кард. Дар ин замина, дар соли 2012, ALR ин тасвиргари liDAR-ро барои роботҳо истифода бурд, ки диапазони кашфи зиёда аз 50 м ва қарори 256 × 128 мебошад.

InGaAsфотодетектори тармаяк навъ фотодетектори дорои фоида мебошад, ки сохтори он дар расми (в) нишон дода шудааст. Ҷуфти сӯрохи электронӣ дар зери таъсири майдони электрикӣ дар дохили минтақаи дучанд энергияи кофӣ ба даст меорад, то бо атом бархӯрд кунад, ҷуфтҳои сӯрохиҳои нави электрониро ба вуҷуд оварад, таъсири тармаро ба вуҷуд орад ва интиқолдиҳандагони ғайримувозинатро дар мавод афзоиш диҳад. . Дар соли 2013, Ҷорҷ М MBE-ро барои парвариши хӯлаҳои мувофиқи InGaAs ва InAlAs дар як субстрати InP истифода бурда, бо истифода аз тағирот дар таркиби хӯла, ғафсии қабати эпитаксиалӣ ва допинг ба энергияи интиқолдиҳанда барои ҳадди аксар расонидани ионизатсияи электрошок ва кам кардани ионизатсияи сӯрохҳо. Ҳангоми афзоиши сигнали баромади баробар, APD садои камтар ва ҷараёни торикии камтарро нишон медиҳад. Дар соли 2016, Sun Jianfeng et al. маҷмӯи платформаи таҷрибавии тасвири лазерии 1570 нм дар асоси фотодетектори тармаҳои InGaAs сохта шуд. Схемаи дохилииФотодетектори APDакси садои қабулшуда ва бевосита сигналҳои рақамиро бароварда, тамоми дастгоҳро паймон мекунад. Натиҷаҳои таҷрибавӣ дар расми нишон дода шудаанд. (г) ва (д). Расми (г) акси физикии ҳадафи тасвирӣ ва расми (д) тасвири масофаи сеченака мебошад. Баръало дидан мумкин аст, ки майдони равзанаи майдони в бо майдони А ва б масофаи муайяни чукур дорад. Платформа паҳнои набзи камтар аз 10 нс, энергияи ягонаи импулсро (1 ~ 3) мҶ танзимшаванда, кунҷи майдони линзаи қабулкунанда 2 °, басомади такрори 1 кГц, таносуби вазифаи детекторро тақрибан 60% амалӣ мекунад. Бо шарофати афзоиши фотоҷараёни дохилии APD, аксуламали зуд, андозаи паймон, устуворӣ ва арзиши кам, фотодетекторҳои APD метавонанд нисбат ба фотодетекторҳои PIN дараҷаи муайян баландтар бошанд, аз ин рӯ liDAR-и ҷорӣ асосан аз ҷониби фотодетекторҳои тарма бартарӣ дорад.

Дар маҷмӯъ, бо рушди босуръати технологияи омодасозии InGaAs дар ватан ва хориҷа, мо метавонем MBE, MOCVD, LPE ва дигар технологияҳоро моҳирона истифода барем, то қабати эпитаксиалии баландсифати InGaAs дар субстрати InP омода созем. Фотодетекторҳои InGaAs ҷараёни пасти торикӣ ва вокуниши баландро нишон медиҳанд, пасттарин ҷараёни торикӣ аз 0,75 pA/μm² пасттар аст, ҳадди аксуламал то 0,57 A/W аст ва дорои аксуламали зудгузаранда (тартибот ps). Рушди ояндаи фотодетекторҳои InGaAs ба ду ҷанбаи зерин тамаркуз хоҳад кард: (1) қабати эпитаксиалии InGaAs мустақиман дар субстрати Si парвариш карда мешавад. Дар айни замон, аксари дастгоҳҳои микроэлектроника дар бозор ба Si асос ёфтаанд ва рушди минбаъдаи ҳамгирошудаи InGaAs ва Si дар асоси тамоюли умумӣ мебошад. Ҳалли масъалаҳое ба монанди номутобиқатии торҳо ва фарқияти коэффисиенти васеъшавии гармӣ барои омӯзиши InGaAs/Si муҳим аст; (2) Технологияи дарозии мавҷи 1550 нм баркамол буд ва дарозии мавҷ (2,0 ~ 2,5) мкм самти тадқиқоти оянда мебошад. Бо зиёд шудани ҷузъҳои In, номутобиқатии тор дар байни субстрати InP ва қабати эпитаксиалии InGaAs боиси дислокатсия ва нуқсонҳои ҷиддитар мегардад, аз ин рӯ, оптимизатсияи параметрҳои раванди дастгоҳ, кам кардани нуқсонҳои тор ва кам кардани ҷараёни торикии дастгоҳ зарур аст.