Strwythur Ingaas Photodetector

StrwythurIngaas Photodetector

Ers yr 1980au, mae ymchwilwyr gartref a thramor wedi astudio strwythur ffotodetectorau Ingaas, sydd wedi'u rhannu'n bennaf yn dri math. Maent yn ffotodetector metel-memiconductor-metel Ingaas (MSM-PD), ffotodetector pin Ingaas (PIN-PD), ac Ingaas Avalanche Photodetector (APD-PD). Mae gwahaniaethau sylweddol yn y broses saernïo a chost ffotodetectorau Ingaas gyda gwahanol strwythurau, ac mae gwahaniaethau mawr hefyd ym mherfformiad dyfeisiau.

Yr Ingaas metel-semiconductor-metelffotodetector, a ddangosir yn Ffigur (a), yn strwythur arbennig sy'n seiliedig ar gyffordd Schottky. Yn 1992, mae Shi et al. defnyddio technoleg epitaxy cam anwedd metel-organig isel a ddefnyddir (LP-MOVPE) i dyfu haenau epitaxy a pharatoi ffotodetector MSM IngaAs, sydd ag ymatebolrwydd uchel o 0.42 a/ w ar donfedd o 1.3 μm a cherrynt tywyll yn is na 5.6 pa/ μ/ μ/ μ__dd ar 1. μett yn 1. μett yn 1. μ² ar 1. μ__h 176 199 ym 1. μ/ μh. Epitaxy trawst moleciwlaidd cyfnod nwy wedi'i ddefnyddio (GSMBE) i dyfu'r haen epitaxy inalas-ingaas-inp. Roedd yr haen analas yn dangos nodweddion gwrthsefyll uchel, a optimeiddiwyd yr amodau twf trwy fesur diffreithiant pelydr-X, fel bod y camgymhariad dellt rhwng IngaaS ac haenau inalas o fewn yr ystod o 1 × 10⁻³. Mae hyn yn arwain at berfformiad dyfeisiau optimized gyda cherrynt tywyll o dan 0.75 pa/μm² ar 10 V ac ymateb dros dro cyflym hyd at 16 ps ar 5 V. Ar y cyfan, mae'r ffotodetector strwythur MSM yn syml ac yn hawdd ei integreiddio, gan ddangos cerrynt tywyll isel (gorchymyn PA), ond bydd yr electrod metel yn lleihau ardal amsugno golau effeithiol y ddyfais, felly mae'r ymateb yn is, felly mae'r strwythur yn is, felly mae'r strwythurau'n is na strwythurau is yn is na strwythurau is.

Mae'r ffotodetector pin Ingaas yn mewnosod haen gynhenid ​​rhwng yr haen gyswllt math P a'r haen gyswllt math N, fel y dangosir yn Ffigur (B), sy'n cynyddu lled y rhanbarth disbyddu, ac felly'n pelydru mwy o barau twll electron ac yn ffurfio ffotocurrent mwy, felly mae ganddo berfformiad dargludiad electron rhagorol. Yn 2007, mae A.Poloczek et al. defnyddio MBE i dyfu haen byffer tymheredd isel i wella garwedd yr arwyneb a goresgyn y camgymhariad dellt rhwng Si ac INP. Defnyddiwyd MOCVD i integreiddio strwythur pin INGAAS ar y swbstrad INP, ac roedd ymatebolrwydd y ddyfais tua 0.57a /w. Yn 2011, defnyddiodd Labordy Ymchwil y Fyddin (ALR) ffotodetectorau pin i astudio delweddwr lidar ar gyfer llywio, osgoi rhwystrau/gwrthdrawiad, a chanfod/adnabod targedau amrediad byr ar gyfer cerbydau daear di-griw bach, wedi'u hintegreiddio â sglodyn mwyhadur microdon cost isel a oedd yn gwella'r rato-to-iSe. Ar y sail hon, yn 2012, defnyddiodd ALR y delweddwr LiDAR hwn ar gyfer robotiaid, gydag ystod canfod o fwy na 50 m a phenderfyniad o 256 × 128.

Yr IngaasAvalanche Photodetectoryn fath o ffotodetector ag ennill, y dangosir ei strwythur yn Ffigur (c). Mae'r pâr twll electron yn cael digon o egni o dan weithred y maes trydan y tu mewn i'r rhanbarth dyblu, er mwyn gwrthdaro â'r atom, cynhyrchu parau twll electron newydd, ffurfio effaith eirlithriad, a lluosi'r cludwyr nad ydynt yn ecwilibriwm yn y deunydd. Yn 2013, defnyddiodd George M MBE i dyfu dellt yn cyfateb agaas ac aloion inalas ar swbstrad INP, gan ddefnyddio newidiadau yng nghyfansoddiad aloi, trwch haen epitaxial, a dopio i egni cludwr wedi'i fodiwleiddio i wneud y mwyaf o ïoneiddio electroshock wrth leihau ionization twll. Ar yr enillion signal allbwn cyfatebol, mae APD yn dangos sŵn is a cherrynt tywyll is. Yn 2016, mae Sun Jianfeng et al. adeiladu set o blatfform arbrofol delweddu gweithredol laser 1570 nm yn seiliedig ar ffotodetector eirlithriad Ingaas. Cylched fewnolAPD Photodetectorwedi derbyn adleisiau ac allbwn signalau digidol yn uniongyrchol, gan wneud y ddyfais gyfan yn gryno. Dangosir y canlyniadau arbrofol yn FIG. (ch) ac (e). Mae Ffigur (D) yn lun corfforol o'r targed delweddu, ac mae Ffigur (E) yn ddelwedd pellter tri dimensiwn. Gellir gweld yn glir bod gan ardal ffenestr Ardal C bellter dyfnder penodol gydag Ardal A a B. Mae'r platfform yn gwireddu lled pwls llai na 10 ns, egni pwls sengl (1 ~ 3) MJ y gellir ei addasu, gan dderbyn ongl cae lens o 2 °, amledd ailadrodd 1 kHz, cymhareb dyletswydd synhwyrydd o tua 60%. Diolch i enillion ffotocurrent mewnol APD, ymateb cyflym, maint cryno, gwydnwch a chost isel, gall ffotodetectorau APD fod yn orchymyn maint yn uwch yn y gyfradd ganfod na ffotodetectorau pin, felly mae'r lidar prif ffrwd cyfredol yn cael ei ddominyddu'n bennaf gan ffotodetectorau eirlithriadau.

Ar y cyfan, gyda datblygiad cyflym technoleg paratoi INGAAS gartref a thramor, gallwn ddefnyddio MBE, MOCVD, LPE a thechnolegau eraill yn fedrus i baratoi haen epitaxial Ingaas o ansawdd uchel ardal fawr ar swbstrad INP. Mae ffotodetectorau Ingaas yn arddangos cerrynt tywyll isel ac ymatebolrwydd uchel, mae'r cerrynt tywyll isaf yn is na 0.75 pa/μm², yr ymatebolrwydd uchaf yw hyd at 0.57 A/W, ac mae ganddo ymateb dros dro cyflym (gorchymyn PS). Bydd datblygiad ffotodetectorau INGAAS yn y dyfodol yn canolbwyntio ar y ddwy agwedd ganlynol: (1) Mae haen epitaxial INGAAS yn cael ei thyfu'n uniongyrchol ar swbstrad Si. Ar hyn o bryd, mae'r rhan fwyaf o'r dyfeisiau microelectroneg yn y farchnad yn seiliedig ar Si, a datblygiad integredig dilynol IngaAs ac Si yn seiliedig ar y duedd gyffredinol. Mae datrys problemau fel camgymhariad dellt a gwahaniaeth cyfernod ehangu thermol yn hanfodol ar gyfer astudio Ingaas/Si; (2) Mae'r dechnoleg tonfedd 1550 nm wedi bod yn aeddfed, a'r donfedd estynedig (2.0 ~ 2.5) μm yw'r cyfeiriad ymchwil yn y dyfodol. Gyda'r cynnydd mewn cydrannau, bydd y camgymhariad dellt rhwng swbstrad INP a haen epitaxial INGAAS yn arwain at ddadleoli a diffygion mwy difrifol, felly mae'n angenrheidiol i wneud y gorau o baramedrau proses y ddyfais, lleihau'r diffygion dellt, a lleihau'r ddyfais cerrynt tywyll.