Struktura fotodetektoru Ingaas

StrukturaIngaas fotodetektor

Od 80. let studovali vědci doma i v zahraničí strukturu fotodetektorů Ingaas, které jsou převážně rozděleny na tři typy. Jedná se o fotodetektor metalu-mekosu kovověkunduktoru (MSM-PD), pin fotodetektoru Ingaas (PIN-PD) a Ingaas Avalanche Photodetektor (APD-PD). Existují významné rozdíly v procesu výroby a náklady na fotodetektory Ingaas s různými strukturami a také existují velké rozdíly ve výkonu zařízení.

Ingaas Metal-Semiconductor-Metalfotodetektor, znázorněno na obrázku (a), je speciální struktura založená na Schottkyho křižovatce. V roce 1992 Shi et al. K pěstování epitaxiálních vrstev a připravenosti fotodetektoru IngaAS MSM, který má vysokou citlivost 0,42 A/ W při vlnové délce 1,3 μm a temný proud nižší než 5,6 Pa/ μm² při roce 1996, Zhang et al. V roce 1996, který má vysokou citlivost 0,42 A/ W při vysokou citlivosti 0,42 A/ W, má vysokou citlivost 0,42 A/ W při nízkotlakém kovovém organu a/ w na vlnové délce 1,3 μm a temný proud a tmavý proud a temný proud a temný proud a temný proud a temný proud a tmavý proud a tmavý proud a tmavý proud, má vysokou citlivost 0,42 A/ W, Zhang et al. Používá se epitaxy molekulárního paprsku plynné fáze (GSMBE) k růstu inalas-ingaas-inp epitaxní vrstvy. Vrstva inalas vykazovala vlastnosti vysoké rezistence a podmínky růstu byly optimalizovány rentgenovým difrakčním měřením, takže neshoda mřížky mezi vrstvami Ingaas a Inalas byla v rozmezí 1 x 10 ⁻³. To má za následek optimalizovaný výkon zařízení s tmavým proudem pod 0,75 PA/μm² při 10 V a rychlá přechodná odezva až do 16 ps při 5 V. Celkově je fotodetektor struktury MSM jednoduchý a snadno se integruje, což ukazuje nízký tmavý proud (pořadí PA), ale kovová elektroda sníží efektivní absorpční oblast světla zařízení, takže reakce je nižší než jiné struktury.

Fotodetektor pinů IngaAS vkládá vnitřní vrstvu mezi kontaktní vrstvou typu p a kontaktní vrstvou typu N, jak je znázorněno na obrázku (b), což zvyšuje šířku oblasti vyčerpání, čímž vyzařuje více párů elektronových otvorů a vytváří větší fotoocent, takže má vynikající výkon elektronů. V roce 2007 A.Poloczek et al. Použil MBE pro růst nízkoteplotní pufrové vrstvy ke zlepšení drsnosti povrchu a překonání neshody mřížky mezi SI a INP. MOCVD byl použit k integraci struktury pinů IngaAS na substrátu INP a citlivost zařízení byla asi 0,57a /w. V roce 2011 použila armádní výzkumná laboratoř (ALR) fotodetektory PIN ke studiu zobrazovače LiDAR pro navigaci, vyhýbání se překážkám/kolizi a detekci/identifikaci cíle/identifikace krátkého dosahu pro malé bezpilotní vozidla, integrovanou s levným mikrovlnným zesilovačem čipu, který signalizoval signální poměr photodektoru INGAAS. Na tomto základě použila ALR v roce 2012 tento zobrazovač Lidar pro roboty s detekčním rozsahem více než 50 ma rozlišení 256 × 128.

IngaasA laviny fotodetektorje druh fotodetektoru se ziskem, jehož struktura je znázorněna na obrázku (C). Pár elektronových děr získává dostatek energie pod působením elektrického pole uvnitř zdvojnásobení oblasti, aby se srazil s atomem, generoval nové páry elektronových děr, tvoří lavinový efekt a vynásobte nerovnováhu nosičů v materiálu. V roce 2013 použil George M k pěstování mřížkových shodných Ingaas a slitin inalas na substrátu INP s použitím změn ve složení slitiny, tloušťce epitaxiální vrstvy a dopingu na modulovanou energii nosiče, aby se maximalizovala ionizaci elektroshock a přitom minimalizovala ionizaci otvorů. Při ekvivalentním zisku výstupního signálu vykazuje APD nižší šum a nižší tmavý proud. V roce 2016 Sun Jianfeng et al. Postavil sadu experimentální platformy pro aktivní zobrazování laseru 1570 nm založenou na fotodetektoru laviny Ingaas. Vnitřní obvodAPD fotodetektorPřijaté ozvěny a přímo vystupují digitální signály, díky čemuž je celé zařízení kompaktní. Experimentální výsledky jsou znázorněny na obr. (d) a (E). Obrázek (d) je fyzická fotografie zobrazovacího cíle a obrázek (E) je trojrozměrný obraz vzdálenosti. Je jasně vidět, že oblast okna v oblasti C má určitou hloubkovou vzdálenost s oblastí A a b. Platforma realizuje šířku pulsu menší než 10 ns, energii s jedním pulsem (1 ~ 3) MJ nastavitelný, přijímá úhel pole čočky 2 °, opakovací frekvence 1 kHz, poměr detektoru asi 60%. Díky vnitřnímu zisku APD, rychlé odezvy, kompaktní velikosti, trvanlivosti a nízkým nákladům, mohou být fotodetektory APD být řádově vyšší rychlostí detekce než fotodetektory PIN, takže současnému běžnému lidaru dominují hlavně lavinové fotodetektory.

Celkově lze s rychlým vývojem technologie přípravy Ingaas doma i v zahraničí dovedně používat MBE, MOCVD, LPE a další technologie k přípravě vysoce kvalitních epitaxiální vrstvy Ingaas na substrátu. Fotodetektory IngAAS vykazují nízký tmavý proud a vysokou citlivost, nejnižší tmavý proud je nižší než 0,75 Pa/μm², maximální citlivost je až 0,57 A/W a má rychlou přechodnou odezvu (pořadí PS). Budoucí vývoj fotodetektorů INGAAS se zaměří na následující dva aspekty: (1) Epitaxiální vrstva Ingaas se přímo pěstuje na substrátu SI. V současné době je většina mikroelektronických zařízení na trhu založena na SI a následný integrovaný vývoj Ingaas a SI je obecným trendem. Řešení problémů, jako je neshoda mřížky a rozdíl koeficientu tepelné roztažení, je zásadní pro studium INGAAS/SI; (2) Technologie vlnové délky 1550 nm byla zralá a budoucí směr výzkumu je rozšířená vlnová délka (2,0 ~ 2,5) μm. Se zvýšením složek ve složkách povede neshoda mřížky mezi INP substrátem a ingaasovou epitaxiální vrstvou k vážnější dislokaci a defekty, takže je nutné optimalizovat procesní parametry zařízení, snížit defekty mřížky a snížit tmavý proud zařízení.