СохториФотодетектори InGaAs
Аз солҳои 1980-ум инҷониб, муҳаққиқони дохилӣ ва хориҷӣ сохтори фотодетекторҳои InGaAs-ро омӯхтаанд, ки асосан ба се намуд тақсим мешаванд. Онҳо фотодетектори металлӣ-нимноқил-металлии InGaAs (MSM-PD), фотодетектори PIN-и InGaAs (PIN-PD) ва фотодетектори авҷи InGaAs (APD-PD) мебошанд. Дар раванди истеҳсол ва арзиши фотодетекторҳои InGaAs бо сохторҳои гуногун фарқиятҳои назаррас мавҷуданд ва инчунин дар кори дастгоҳҳо фарқиятҳои калон мавҷуданд.
Металли InGaAs-нимноқил-металлфотодетектор, ки дар расми (а) нишон дода шудааст, сохтори махсусест, ки ба пайванди Шоттки асос ёфтааст. Дар соли 1992, Ши ва ҳамкоронаш технологияи эпитаксияи фазаи буғи металлӣ-органикӣ бо фишори паст (LP-MOVPE)-ро барои парвариши қабатҳои эпитаксия истифода бурданд ва фотодетектори InGaAs MSM-ро омода карданд, ки дорои ҷавоби баланди 0,42 А/Вт дар дарозии мавҷи 1,3 мкм ва ҷараёни торик камтар аз 5,6 пА/ мкм² дар 1,5 В мебошад. Дар соли 1996, Чжан ва ҳамкоронаш эпитаксияи шуои молекулавии фазаи газӣ (GSMBE)-ро барои парвариши қабати эпитаксияи InAlAs-InGaAs-InP истифода бурданд. Қабати InAlAs хусусиятҳои баланди муқовиматро нишон дод ва шароити афзоиш бо андозагирии дифракцияи рентгенӣ оптимизатсия карда шуд, то номувофиқатии шабака байни қабатҳои InGaAs ва InAlAs дар ҳудуди 1×10⁻³ бошад. Ин боиси беҳтар шудани кори дастгоҳ бо ҷараёни торикии камтар аз 0.75 pA/μm² дар 10 В ва вокуниши зуди гузариш то 16 ps дар 5 В мегардад. Умуман, фотодетектори сохтори MSM содда ва осон барои ҳамгироӣ аст, ҷараёни торикии пастро (тартиби pA) нишон медиҳад, аммо электроди металлӣ майдони самараноки ҷабби нури дастгоҳро кам мекунад, аз ин рӯ вокуниш нисбат ба дигар сохторҳо пасттар аст.
Фотодетектори PIN-и InGaAs қабати дохилиро байни қабати тамосии навъи P ва қабати тамосии навъи N ҷойгир мекунад, чунон ки дар расми (b) нишон дода шудааст, ки паҳнои минтақаи камшавиро зиёд мекунад ва бо ин васила ҷуфтҳои электрон-сӯрохиҳои бештарро паҳн мекунад ва фотоҷараёни калонтарро ташкил медиҳад, аз ин рӯ он дорои сифати аълои гузаронандагии электрон мебошад. Дар соли 2007, А.Полочек ва ҳамкорон MBE-ро барои парвариши қабати буферии ҳарорати паст барои беҳтар кардани ноҳамвории сатҳ ва бартараф кардани номувофиқати шабака байни Si ва InP истифода бурданд. MOCVD барои ҳамгироии сохтори PIN-и InGaAs дар зеризаминии InP истифода шуд ва посухдиҳии дастгоҳ тақрибан 0,57A /W буд. Дар соли 2011, Лабораторияи тадқиқотии артиш (ALR) фотодетекторҳои PIN-ро барои омӯзиши тасвиргари liDAR барои паймоиш, пешгирӣ аз монеаҳо/бархӯрд ва муайян/муайян кардани ҳадафҳои масофаи кӯтоҳ барои мошинҳои хурди заминии бесарнишин истифода бурд, ки бо чипи пурқувваткунандаи микроволновкаи арзон муттаҳид карда шудааст, ки таносуби сигнал-ба-садои фотодетектори PIN-и InGaAs-ро ба таври назаррас беҳтар кард. Дар ин замина, дар соли 2012, ALR ин тасвиргари liDAR-ро барои роботҳо бо масофаи ошкоркунӣ беш аз 50 м ва қарори 256 × 128 истифода бурд.
InGaAsфотодетектори тармаяк навъи фотодетектори дорои фоида аст, ки сохтори он дар расми (с) нишон дода шудааст. Ҷуфти электрон-сӯрохӣ зери таъсири майдони электрикӣ дар дохили минтақаи дучандшавӣ энергияи кофӣ ба даст меорад, то бо атом бархӯрд кунад, ҷуфтҳои нави электрон-сӯрохӣ ба вуҷуд орад, таъсири тармаро ба вуҷуд орад ва интиқолдиҳандаҳои ғайримувозинатро дар мавод зиёд кунад. Дар соли 2013, Ҷорҷ М MBE-ро барои парвариши хӯлаҳои InGaAs ва InAlAs, ки бо шабака мувофиқ карда шудаанд, дар зеризаминии InP истифода бурд, бо истифода аз тағйирот дар таркиби хӯла, ғафсии қабати эпитаксиалӣ ва илова кардан ба энергияи интиқолдиҳандаи модулятсияшуда барои ба ҳадди аксар расонидани ионизатсияи электрошок ва дар айни замон ба ҳадди ақал расонидани ионизатсияи сӯрохӣ истифода бурд. Дар афзоиши эквивалентии сигнали баромад, APD садои пасттар ва ҷараёни торикии пасттарро нишон медиҳад. Дар соли 2016, Сун Ҷианфэн ва ҳамкорон маҷмӯи платформаи таҷрибавии тасвири фаъоли лазерии 1570 нм-ро дар асоси фотодетектори тармаҳои InGaAs сохтанд. Схемаи дохилииФотодетектори APDакси садоро қабул карда, сигналҳои рақамиро мустақиман бароварда, тамоми дастгоҳро фишурда мегардонад. Натиҷаҳои таҷрибавӣ дар расмҳои (d) ва (e) нишон дода шудаанд. Расми (d) акси физикии ҳадафи тасвирӣ аст ва расми (e) тасвири масофаи сеченака аст. Ба таври возеҳ дида мешавад, ки майдони тирезаи минтақаи c масофаи муайяни чуқурӣ бо минтақаи A ва b дорад. Платформа паҳнои импулсро камтар аз 10 нс, энергияи ягонаи импулс (1 ~ 3) мҶ танзимшаванда, кунҷи майдони қабулкунандаи линза 2°, басомади такрор 1 кГц, таносуби вазифаи детектор тақрибан 60% -ро амалӣ мекунад. Ба шарофати афзоиши фотоҷараёни дохилии APD, вокуниши зуд, андозаи фишурда, устуворӣ ва арзиши паст, фотодетекторҳои APD метавонанд аз ҷиҳати суръати ошкоркунӣ нисбат ба фотодетекторҳои PIN як дараҷа баландтар бошанд, аз ин рӯ, liDAR-и асосии ҷорӣ асосан аз ҷониби фотодетекторҳои тарма бартарӣ дорад.
Умуман, бо рушди босуръати технологияи тайёр кардани InGaAs дар дохил ва хориҷи кишвар, мо метавонем бо маҳорат MBE, MOCVD, LPE ва дигар технологияҳоро барои тайёр кардани қабати эпитаксиалии InGaAs бо сифати баланд дар масоҳати калон дар зеризаминии InP истифода барем. Фотодетекторҳои InGaAs ҷараёни торикии паст ва вокуниши баландро нишон медиҳанд, ҷараёни торикии пасттарин аз 0.75 pA/μm² пасттар аст, вокуниши максималӣ то 0.57 A/W аст ва вокуниши зуди гузаранда дорад (тартиби ps). Рушди ояндаи фотодетекторҳои InGaAs ба ду ҷанбаи зерин тамаркуз хоҳад кард: (1) Қабати эпитаксиалии InGaAs мустақиман дар зеризаминии Si парвариш карда мешавад. Дар айни замон, аксари дастгоҳҳои микроэлектронӣ дар бозор дар асоси Si мебошанд ва рушди минбаъдаи ҳамгирошудаи InGaAs ва Si тамоюли умумӣ мебошад. Ҳалли мушкилот ба монанди номувофиқатии шабака ва фарқияти коэффитсиенти васеъшавии гармӣ барои омӯзиши InGaAs/Si муҳим аст; (2) Технологияи дарозии мавҷи 1550 нм пухта расидааст ва дарозии мавҷи васеъ (2.0 ~ 2.5) μm самти тадқиқоти оянда аст. Бо афзоиши ҷузъҳои In, номувофиқатии шабака байни субстрати InP ва қабати эпитаксиалии InGaAs боиси пайдоиши ҷиддии норасоиҳо ва камбудиҳо мегардад, аз ин рӯ, зарур аст, ки параметрҳои раванди дастгоҳро оптимизатсия кард, камбудиҳои шабакаро кам кард ва ҷараёни торики дастгоҳро кам кард.
Вақти нашр: 06 майи соли 2024