Сохтори фотодетектори InGaAs

СохториФотодетектори InGaAs
Аз солҳои 1980-ум инҷониб, муҳаққиқон сохтори фотодетекторҳои InGaAs-ро меомӯзанд, ки онҳоро ба се навъи асосӣ тақсим кардан мумкин аст: металли InGaAs, металли нимноқил.фотодетекторхо(MSM-PD), InGaAsФотодетекторҳои PIN(PIN-PD) ва InGaAsфотодетекторҳои тарма(APD-PD). Дар раванди истеҳсол ва арзиши фотодетекторҳои InGaAs бо сохторҳои гуногун фарқиятҳои назаррас мавҷуданд ва инчунин дар кори дастгоҳҳо фарқиятҳои назаррас мавҷуданд.
Диаграммаи схематикии сохтори фотодетектори металлии нимноқилии InGaAs дар расм нишон дода шудааст, ки сохтори махсусест, ки ба пайванди Шоттки асос ёфтааст. Дар соли 1992, Ши ва ҳамкоронаш аз технологияи эпитаксии буғи фазаи органикии металлии фишори паст (LP-MOVPE) барои парвариши қабатҳои эпитаксиалӣ ва омода кардани фотодетекторҳои MSM InGaAs истифода бурданд. Дастгоҳ дорои ҷавобгарии 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, муҳаққиқон эпитаксии шуои молекулавии фазаи газӣ (GSMBE)-ро барои парвариши қабатҳои эпитаксиалии InAlAs InGaAs InP истифода бурданд, ки хусусиятҳои баланди муқовиматро нишон доданд. Шароити афзоиш тавассути андозагириҳои дифракцияи рентгенӣ оптимизатсия карда шуд, ки дар натиҷа номувофиқатии шабака байни қабатҳои InGaAs ва InAlAs дар доираи 1 × 10 ⁻ ³ ба вуҷуд омад. Дар натиҷа, кори дастгоҳ оптимизатсия карда шуд, ки ҷараёни торик камтар аз 0,75 pA/μ m² дар 10 В ва вокуниши зуди гузариши 16 ps дар 5 В буд. Умуман, фотодетектори сохтории MSM дорои сохтори содда ва осони ҳамгирошаванда буда, ҷараёни торикии пасттарро (сатҳи pA) нишон медиҳад, аммо электроди металлӣ майдони ҷабби самараноки нури дастгоҳро кам мекунад, ки дар натиҷа вокуниши пасттар дар муқоиса бо дигар сохторҳо ба вуҷуд меояд.

Фотодетектори PIN-и InGaAs дорои қабати дохилӣ мебошад, ки байни қабати тамосии навъи P ва қабати тамосии навъи N ҷойгир карда шудааст, чунон ки дар расм нишон дода шудааст, ки паҳнои минтақаи камшавиро зиёд мекунад ва бо ин васила ҷуфтҳои сӯрохиҳои электрониро бештар паҳн мекунад ва фотоҷараёни калонтарро ташкил медиҳад ва бо ин васила гузаронандагии аълои электрониро нишон медиҳад. Дар соли 2007, муҳаққиқон MBE-ро барои парвариши қабатҳои буферии ҳарорати паст истифода бурданд, ки ноҳамвории сатҳро беҳтар кард ва номувофиқати шабакаро байни Si ва InP бартараф кард. Онҳо сохторҳои PIN-и InGaAs-ро дар зеризаминҳои InP бо истифода аз MOCVD муттаҳид карданд ва посухдиҳии дастгоҳ тақрибан 0,57 А/Вт буд. Дар соли 2011, муҳаққиқон фотодетекторҳои PIN-ро барои таҳияи дастгоҳи тасвирии LiDAR-и кӯтоҳмуддат барои паймоиш, пешгирӣ аз монеаҳо/бархӯрд ва муайян/шинохтани ҳадафҳои мошинҳои хурди заминии бесарнишин истифода бурданд. Дастгоҳ бо чипи пурқувваткунандаи микроволновкаи арзон муттаҳид карда шуд, ки таносуби сигнал ба садои фотодетекторҳои PIN-и InGaAs-ро ба таври назаррас беҳтар кард. Дар ин замина, дар соли 2012, муҳаққиқон ин дастгоҳи аксбардории LiDAR-ро ба роботҳо бо масофаи ошкоркунӣ беш аз 50 метр ва қарори он то 256 × 128 афзоиш ёфтанд.
Фотодетектори тарма InGaAs як навъи фотодетектори дорои фоида аст, ки дар диаграммаи сохтор нишон дода шудааст. Ҷуфтҳои сӯрохиҳои электронӣ зери таъсири майдони электрикӣ дар дохили минтақаи дучандшавӣ энергияи кофӣ ба даст меоранд ва бо атомҳо бархӯрда, ҷуфтҳои нави сӯрохиҳои электрониро ба вуҷуд меоранд, ки таъсири тармаро ба вуҷуд меоранд ва интиқолдиҳандагони заряди ғайримувозинат дар маводро дучанд мекунанд. Дар соли 2013, муҳаққиқон MBE-ро барои парвариши хӯлаҳои InGaAs ва InAlAs, ки бо шабака мувофиқ карда шудаанд, дар субстратҳои InP истифода бурда, энергияи интиқолдиҳандаро тавассути тағирот дар таркиби хӯла, ғафсии қабати эпитаксиалӣ ва допинг танзим карда, ионизатсияи электрошокро ба ҳадди аксар мерасонанд ва дар айни замон ионизатсияи сӯрохиро ба ҳадди ақал мерасонанд. Дар шароити афзоиши эквивалентии сигнали баромад, APD садои паст ва ҷараёни торикии пастро нишон медиҳад. Дар соли 2016, муҳаққиқон платформаи таҷрибавии тасвири фаъоли лазерии 1570 нм-ро дар асоси фотодетекторҳои тарма 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 ва расми (e) тасвири масофаи сеченака аст. Ба таври возеҳ дида мешавад, ки майдони тиреза дар минтақаи C масофаи муайяне аз минтақаҳои A ва B дорад. Ин платформа паҳнои импулси камтар аз 10 нс, энергияи импулси ягонаи танзимшаванда (1-3) мҶ, кунҷи майдони тамошои 2° барои линзаҳои интиқолдиҳанда ва қабулкунанда, суръати такрори 1 кГц ва давраи кори детекторро тақрибан 60% ба даст меорад. Ба шарофати афзоиши фотоҷараёни дохилӣ, вокуниши зуд, андозаи фишурда, устуворӣ ва арзиши пасти APD, фотодетекторҳои APD метавонанд суръати ошкоркуниро ба даст оранд, ки як тартиби бузургтар аз фотодетекторҳои PIN аст. Аз ин рӯ, дар айни замон радари асосии лазерӣ асосан аз фотодетекторҳои тарма истифода мебарад.