Strwythur Ffotosynhwyrydd InGaAs

Strwythur yFfotosynhwyrydd InGaAs
Ers y 1980au, mae ymchwilwyr wedi bod yn astudio strwythur ffotosynhwyryddion InGaAs, y gellir eu crynhoi i dri phrif fath: metel InGaAs metel lled-ddargludyddionffotosynwyryddion(MSM-PD), InGaAsFfotosynhwyryddion PIN(PIN-PD), ac InGaAsffotosynwyryddion eirlithriadau(APD-PD). Mae gwahaniaethau sylweddol yn y broses gynhyrchu a chost ffotosynhwyryddion InGaAs gyda gwahanol strwythurau, ac mae gwahaniaethau sylweddol hefyd ym mherfformiad dyfeisiau.
Dangosir y diagram sgematig o strwythur ffotosynhwyrydd metel lled-ddargludyddion metel InGaAs yn y ffigur, sy'n strwythur arbennig yn seiliedig ar gyffordd Schottky. Ym 1992, defnyddiodd Shi et al. dechnoleg epitacsi cyfnod anwedd organig metel pwysedd isel (LP-MOVPE) i dyfu haenau epitacsial a pharatoi ffotosynhwyryddion InGaAs MSM. Mae gan y ddyfais ymatebolrwydd uchel o 0.42 A/W ar donfedd o 1.3 μ m a cherrynt tywyll o lai na 5.6 pA/μ m ² ar 1.5 V. Ym 1996, defnyddiodd ymchwilwyr epitacsi trawst moleciwlaidd cyfnod nwy (GSMBE) i dyfu haenau epitacsial InGaAs InP InAlAs, a oedd yn arddangos nodweddion gwrthedd uchel. Optimeiddiwyd yr amodau tyfu trwy fesuriadau diffractiad pelydr-X, gan arwain at anghydweddiad dellt rhwng haenau InGaAs ac InAlAs o fewn yr ystod o 1 × 10 ⁻ ³. O ganlyniad, optimeiddiwyd perfformiad y ddyfais, gyda cherrynt tywyll o lai na 0.75 pA/μ m² ar 10 V ac ymateb dros dro cyflym o 16 ps ar 5 V. At ei gilydd, mae gan y ffotosynhwyrydd strwythur MSM strwythur syml a hawdd ei integreiddio, gan arddangos cerrynt tywyll is (lefel pA), ond mae'r electrod metel yn lleihau arwynebedd amsugno golau effeithiol y ddyfais, gan arwain at ymatebolrwydd is o'i gymharu â strwythurau eraill.

Mae gan y ffotosynhwyrydd PIN InGaAs haen fewnol wedi'i mewnosod rhwng yr haen gyswllt math-P a'r haen gyswllt math-N, fel y dangosir yn y ffigur, sy'n cynyddu lled y rhanbarth disbyddu, a thrwy hynny'n pelydru mwy o barau tyllau electron a ffurfio ffotogerrynt mwy, gan arddangos dargludedd electronig rhagorol. Yn 2007, defnyddiodd ymchwilwyr MBE i dyfu haenau byffer tymheredd isel, gan wella garwedd arwyneb a goresgyn anghydweddiad dellt rhwng Si ac InP. Fe wnaethant integreiddio strwythurau PIN InGaAs ar swbstradau InP gan ddefnyddio MOCVD, ac roedd ymatebolrwydd y ddyfais tua 0.57 A/W. Yn 2011, defnyddiodd ymchwilwyr ffotosynhwyryddion PIN i ddatblygu dyfais delweddu LiDAR amrediad byr ar gyfer llywio, osgoi rhwystrau/gwrthdrawiadau, a chanfod/adnabod targedau cerbydau daear bach heb griw. Integreiddiwyd y ddyfais â sglodion mwyhadur microdon cost isel, gan wella'r gymhareb signal-i-sŵn o ffotosynhwyryddion PIN InGaAs yn sylweddol. Ar y sail hon, yn 2012, defnyddiodd ymchwilwyr y ddyfais delweddu LiDAR hon ar robotiaid, gydag ystod canfod o dros 50 metr a datrysiad wedi cynyddu i 256 × 128.
Mae ffotosynhwyrydd eirlithriad InGaAs yn fath o ffotosynhwyrydd gydag enillion, fel y dangosir yn y diagram strwythur. Mae parau tyllau electron yn cael digon o egni o dan weithred y maes trydan y tu mewn i'r rhanbarth dyblu, ac yn gwrthdaro ag atomau i gynhyrchu parau tyllau electron newydd, gan ffurfio effaith eirlithriad a dyblu'r cludwyr gwefr anghytbwys yn y deunydd. Yn 2013, defnyddiodd ymchwilwyr MBE i dyfu aloion InGaAs ac InAlAs wedi'u paru â dellt ar swbstradau InP, gan fodiwleiddio egni cludwr trwy newidiadau yng nghyfansoddiad yr aloi, trwch yr haen epitacsial, a dopio, gan wneud y mwyaf o ïoneiddio electrosioc wrth leihau ïoneiddio tyllau. O dan enillion signal allbwn cyfatebol, mae APD yn arddangos sŵn isel a cherrynt tywyll is. Yn 2016, adeiladodd ymchwilwyr blatfform arbrofol delweddu gweithredol laser 1570 nm yn seiliedig ar ffotosynhwyryddion eirlithriad InGaAs. Cylched fewnol yFfotosynhwyrydd APDyn derbyn adleisiau ac yn allbynnu signalau digidol yn uniongyrchol, gan wneud y ddyfais gyfan yn gryno. Dangosir y canlyniadau arbrofol yn Ffigurau (d) ac (e). Mae Ffigur (d) yn llun ffisegol o'r targed delweddu, ac mae Ffigur (e) yn ddelwedd bellter tri dimensiwn. Gellir gweld yn glir bod gan ardal y ffenestr ym Mharth C bellter dyfnder penodol o Barthau A a B. Mae'r platfform hwn yn cyflawni lled pwls o lai na 10 ns, egni pwls sengl addasadwy (1-3) mJ, ongl maes golygfa o 2 ° ar gyfer y lensys trosglwyddo a derbyn, cyfradd ailadrodd o 1 kHz, a chylch dyletswydd synhwyrydd o tua 60%. Diolch i'r enillion ffotogyfredol mewnol, ymateb cyflym, maint cryno, gwydnwch, a chost isel APD, gall ffotosynhwyryddion APD gyflawni cyfradd ganfod sydd un urdd maint yn uwch na ffotosynhwyryddion PIN. Felly, ar hyn o bryd mae'r radar laser prif ffrwd yn defnyddio ffotosynhwyryddion eirlithriad yn bennaf.