Struktura fotodetektorja Ingaas

StrukturaIngaas fotodetektor

Od osemdesetih let prejšnjega stoletja so raziskovalci doma in v tujini preučevali strukturo fotodetektorjev Ingaas, ki so v glavnem razdeljeni na tri vrste. To so fotodetektor kovine-polprevodnika kovin-polprevodnika (MSM-PD), Ingaas PIN Photodetektor (PIN-PD) in Ingaas Avalanche fotodetektor (APD-PD). Obstajajo pomembne razlike v postopku izdelave in stroških fotodetektorjev IngaAS z različnimi strukturami, poleg tega pa obstajajo tudi velike razlike v zmogljivosti naprave.

Ingaas Metal-Semiconductor-Metalfotodetektor, prikazano na sliki (a), je posebna struktura, ki temelji na stičišču Schottky. Leta 1992 sta Shi in sod. Uporabljala je nizkotlačno kovinsko-organsko-organsko parna faza tehnologija epitaksi (LP-MOVPE) za rast plasti epitaksije in pripravila fotodetektor Ingaas MSM, ki ima visoko odzivnost 0,42 A/ W pri valovni dolžini 1,3 μm in temnega toka, nižja od 5,6 Pa/ μm² pri 1,5 V. leta 1996, leta 1996. Za gojenje sloja Inalas-inp-Inp epitaxy Epitaxy je uporabil plinsko fazno molekularno žarek (GSMBE). Plast Inalas je pokazala visoke upornosti, pogoje rasti pa so bili optimizirani z merjenjem rentgenske difrakcije, tako da je bila neusklajenost rešetk med plastmi IngaA in Inalas v območju 1 × 10⁻³. To ima za posledico optimizirano delovanje naprave s temnim tokom pod 0,75 PA/μm² pri 10 V in hitrem prehodnem odzivu do 16 ps pri 5 V. Na splošno je fotodetektor MSM strukture preprost in enostaven za integracijo, ki prikazuje nizki temni tok (PA vrstni red), vendar bo kovinska elektroda zmanjšala učinkovito območje absorpcije svetlobe v napravi, zato je odziv nižji od drugih struktur.

Ingaas PIN PIN fotodetektor vstavi notranjo plast med kontaktno plastjo tipa P in kontaktnim slojem tipa N, kot je prikazano na sliki (b), ki poveča širino območja izčrpavanja in tako izžareva več parov elektronov in tvori večje fotošolce, tako da ima odlične zmogljivosti elektrone. Leta 2007 sta A.Poloczek et al. Uporabil MBE za gojenje nizkotemperaturne puferne plasti za izboljšanje hrapavosti površine in premagovanje neusklajenosti rešetke med SI in INP. MOCVD je bil uporabljen za integracijo strukture PIN IngaAS na podlago INP, odzivnost naprave pa je bila približno 0,57a /w. Leta 2011 je v raziskovalnem laboratoriju vojske (ALR) uporabil fotodetektorje PIN za preučevanje lidar Imager za navigacijo, izogibanje ovire/trka in kratkoročno odkrivanje/identifikacijo ciljev za majhna brezpilotna zemeljska vozila, integriran z nizkocenovnim mikrovalovnim ojačevalnikom, ki je znatno izboljšalo razmerje med signalom in norcem v razmerju med signalom in norcem v ingetektorju Ingaas Pin Pin Pin Pin PIN. Na tej podlagi je leta 2012 ALR uporabil ta Lidar Imager za robote z območjem zaznavanja več kot 50 m in ločljivostjo 256 × 128.

IngaasPhotodetektor plazovje nekakšen fotodetektor z dobičkom, katerega struktura je prikazana na sliki (c). Par elektronov dobi dovolj energije pod delovanjem električnega polja znotraj podvojenega območja, tako da se trči z atomom, ustvari nove pare za luknje v elektroni, tvori učinek plazov in pomnoži neenakomerne nosilce v materialu. Leta 2013 je George M uporabil MBE za gojenje rešetk, ki se ujemajo z zlitinami INGAAS in Inalas na podlagah INP, pri čemer smo uporabili spremembe v sestavi zlitine, debelino epitaksialne plasti in doping modulirane nosilce, da bi povečali ionizacijo elektroshoka, hkrati pa zmanjšali ionizacijo luknje. Pri enakovrednem povečanju izhodnega signala APD prikazuje nižji hrup in nižji temni tok. Leta 2016 sta Sun Jianfeng in sod. Zgradil je nabor 1570 nm laserskih aktivnih slik eksperimentalne platforme, ki temelji na fotodetektorju Ingaas Avalanche. Notranji vezjeAPD fotodetektorPrejeti odmevi in ​​neposredno izhodni digitalni signali, zaradi česar je celotna naprava kompaktna. Eksperimentalni rezultati so prikazani na sliki. (d) in (e). Slika (d) je fizična fotografija slikarskega cilja, slika (e) pa je tridimenzionalna slika razdalje. Jasno je razvidno, da ima območje okna območja C določeno globinsko razdaljo z območjem A in B. Platforma realizira širino impulza, manjšo od 10 ns, enojna impulzna energija (1 ~ 3) MJ nastavljiva, sprejema kot polja leče 2 °, ponavljajoče frekvenco 1 kHz, detektorsko delovno razmerje približno 60%. Zahvaljujoč notranjemu dobičku fototokov APD, hitrega odziva, kompaktne velikosti, trajnosti in nizkih stroškov so lahko fotodetektorji APD večji vrstni red hitrosti odkrivanja kot fotodetektorji PIN, zato v trenutnem glavnem lidarju prevladujejo predvsem plazovi fotodetektorji.

Na splošno s hitrim razvojem tehnologije priprave Ingaas doma in v tujini lahko spretno uporabimo MBE, MOCVD, LPE in druge tehnologije za pripravo visokokakovostne epitaksialne plasti InGAA v velikem območju na INP substratu. Fotodetektorji Ingaas imajo nizko temno tok in visoko odzivnost, najnižji temni tok je nižji od 0,75 Pa/μm², največja odzivnost je do 0,57 a/w in ima hiter prehodni odziv (vrstni red PS). Prihodnji razvoj fotodetektorjev Ingaas se bo osredotočil na naslednja dva vidika: (1) Epitaksialna plast IngaAS se neposredno goji na SI substratu. Trenutno je večina mikroelektronskih naprav na trgu zasnovana na SI, kasnejši integrirani razvoj Ingaas in SI pa je splošni trend. Reševanje problemov, kot sta neusklajenost rešetke in razlika v koeficientu toplotne ekspanzije, je ključnega pomena za preučevanje IngaAS/SI; (2) Tehnologija valovne dolžine 1550 nm je bila zrela, podaljšana valovna dolžina (2,0 ~ 2,5) μm pa je prihodnja raziskovalna smer. S povečanjem komponent bo rešetko med INP substratom in epitaksialnim slojem Ingaas privedla do resnejše dislokacije in napak, zato je treba optimizirati parametre procesa naprave, zmanjšati napake rešetke in zmanjšati temni tok naprave.