Štruktúra fotodetektora Ingaas

ŠtruktúraIngaas fotodetektor

Od osemdesiatych rokov študovali vedci doma aj v zahraničí štruktúru fotodetektorov Ingaas, ktoré sú hlavne rozdelené do troch typov. Sú to fotodetektor kovového kovového kovového kovu Ingaas (MSM-PD), fotodetektor PINAAS (PIN-PD) a PINAAS Avalanche Photodetector (APD-PD). Existujú významné rozdiely v procese výroby a nákladoch na fotodetektory InGAAS s rôznymi štruktúrami a existujú aj veľké rozdiely vo výkone zariadenia.

Ingaas Metal-Semiconductor-Metalfotodetektor, znázornená na obrázku a), je špeciálna štruktúra založená na križovatke Schottky. V roku 1992 Shi a kol. Použila technológiu epitaxie s nízkotlakovým kovom a organickou fázou (LP-MovPE) na pestovanie vrstiev epitaxie a pripravená fotodetektor MSM MSM, ktorý má vysokú citlivosť 0,42 A/ W pri vlnovej dĺžke 1,3 μM a tmavého prúdu nižšieho ako 5,6 PA/ μm² pri 1,5 V. v roku 1996, Zhang a kol. Na pestovanie vrstvy epitaxie Inalas-Enalas-Enalas-Ensaas-inp použila epitaxiu molekulárneho lúča plynovej fázy (GSMBE). Vrstva Inalas vykázala vysoké charakteristiky odporu a rastové podmienky boli optimalizované meraním röntgenovej difrakcie, takže nesúlad mriežky medzi vrstvami InGAA a Inalas bol v rozmedzí 1 x 10⁻³. To má za následok optimalizovaný výkon zariadenia s tmavým prúdom pod 0,75 PA/μm² pri 10 V a rýchla prechodná odozva do 16 ps pri 5 V. Fotodetektor štruktúry MSM je jednoduchý a ľahko integrovateľná, ukazuje nízky tmavý prúd (poradie PA), ale kovová elektróda zníži účinnú absorpčnú plochu svetla, takže reakcia je nižšia ako iné štruktúry.

Fotodetektor InGAAS vkladá vnútornú vrstvu medzi kontaktnou vrstvou typu p a kontaktnou vrstvou typu N, ako je to znázornené na obrázku (b), čo zvyšuje šírku depléčnej oblasti, čím vyžaruje viac párov elektrónových otvorov a tvorí väčší fotoprúd, takže má vynikajúci výkon elektronového vedenia. V roku 2007 A.Poloczek a kol. Použil MBE na pestovanie nízkoteplotnej vyrovnávacej vrstvy na zlepšenie drsnosti povrchu a prekonanie nesúladu mriežky medzi SI a INP. MOCVD sa použil na integráciu štruktúry PINGAS na substráte InGAS a citlivosť zariadenia bola približne 0,57a /w. V roku 2011 laboratórium Army Research Laboratory (ALR) použilo PIN fotodetektory na štúdium snímača LiDAR na navigáciu, vyhýbanie sa prekážkam/kolízii a detekcie/identifikácie cieľa s krátkym dosahom pre malé bezpilotné pozemné vozidlá, integrované s nízkonákladovým mikrovlnným Chipom na mikrovlnný zosilňovač. Na tomto základe, v roku 2012, ALR použil tento snímač Lidar pre roboty, s detekčným rozsahom viac ako 50 ma rozlíšenie 256 × 128.

Ingaaslavínový fotodetektorje druh fotodetátora so ziskom, ktorého štruktúra je znázornená na obrázku (C). Pár elektrónových otvorov získa dostatok energie pod pôsobením elektrického poľa vo vnútri zdvojnásobnej oblasti, aby sa zrazil s atómom, generoval nové páry elektrónových otvorov, vytvoril lavínový efekt a vynásobil nerovnovážne nosiče v materiáli. V roku 2013 George M použil MBE na pestovanie zliatiny MBE a innalas na substráte InP pomocou zmien v zliatine zliatiny, hrúbky epitaxnej vrstvy a dopingu na modulovanú energiu nosiča, aby sa maximalizovala ionizácia elektroroshocku pri minimalizácii ionizácie otvoru. Pri ekvivalentnom výstupnom zisku signálu APD vykazuje nižší hluk a nižší tmavý prúd. V roku 2016 Sun Jianfeng a kol. Postavená sada 1570 nm laserových aktívnych zobrazovacích experimentálnej platformy na základe fotodetektora Ingaas Avalanche. Vnútorný obvodFotodetektor APDPrijaté ozveny a priamo výstupné digitálne signály, vďaka čomu je celé zariadenie kompaktné. Experimentálne výsledky sú znázornené na obr. d) a (e). Obrázok (D) je fyzická fotografia zobrazovacieho cieľa a obrázok (E) je trojrozmerný obraz vzdialenosti. Je zrejmé, že oblasť okna v oblasti C má určitú hĺbkovú vzdialenosť s plochou A a B. Platforma realizuje šírku impulzu menšiu ako 10 ns, energia s jednou pulzovou energiou (1 ~ 3) MJ, nastaviteľná, prijímacia šošovka poľa 2 °, opakovacia frekvencia 1 kHz, pomer detektora približne 60%. Vďaka vnútornému fotoprúdovému zisku APD, rýchlej odozve, kompaktnej veľkosti, trvanlivosti a nízkym nákladom môžu byť fotodetektory APD v poradí vyššie v rýchlosti detekcie ako PIN fotodetektory, takže súčasným hlavným Lidarom dominuje hlavne lavínové fotodetektory.

Celkovo, s rýchlym rozvojom technológie prípravy InGAAS doma iv zahraničí, môžeme šikovne používať MBE, MOCVD, LPE a ďalšie technológie na prípravu vysokokvalitnej lighovanej vrstvy VAAS na substráte InP. Fotodetektory InGAAS vykazujú nízku tmavú a vysokú citlivosť, najnižší tmavý prúd je nižší ako 0,75 PA/μm², maximálna citlivosť je až 0,57 A/W a má rýchlu prechodnú odozvu (poradie PS). Budúci rozvoj fotodetektorov InGAAS sa zameria na tieto dva aspekty: (1) Epitaxiálna vrstva InGAAS sa priamo pestuje na substráte SI. V súčasnosti je väčšina mikroelektronických zariadení na trhu založená na SI a všeobecným trendom je následný integrovaný vývoj InGAA a SI. Rozdiel riešenia problémov, ako je nesúlad mriežky a rozdiel v koeficiente tepelnej expanzie, je rozhodujúci pre štúdium InGAAS/SI; (2) Technológia vlnovej dĺžky 1550 nm bola zrelá a rozšírená vlnová dĺžka (2,0 ~ 2,5) μm je budúcim smerom výskumu. So zvýšením komponentov povedie nesúlad mriežky medzi substrátom ANP a epitaxiálnou vrstvou InGAAS k závažnejšej dislokácii a defektom, takže je potrebné optimalizovať parametre procesu zariadenia, znížiť defekty mriežky a znížiť temný prúd zariadenia.