Structuur vanIngaas photodetector
Sinds de jaren tachtig hebben onderzoekers in binnen- en buitenland de structuur bestudeerd van INGAAS -fotodetectoren, die voornamelijk zijn verdeeld in drie soorten. Ze zijn Ingaas metaal-halfgeleider-metaal fotodetector (MSM-PD), Ingaas Pin Photodetector (PIN-PD) en Ingaas Avalanche Photodetector (APD-PD). Er zijn significante verschillen in het fabricageproces en de kosten van IngaaS -fotodetectoren met verschillende structuren, en er zijn ook grote verschillen in apparaatprestaties.
De Ingaas metaal-halfgeleider-metaalfotodetector, getoond in figuur (A), is een speciale structuur op basis van de Schottky Junction. In 1992, Shi et al. Gebruikte metaal-organische dampfase-epitaxie-technologie (LP-MOVPE) met lage druk om epitaxie-lagen en voorbereide Ingaas MSM-fotodetector te laten groeien, die een hoge respons heeft van 0,42 A/ W op een golflengte van 1,3 μm en een donkere stroom lager dan 5,6 Pa/ μm² bij 1,5 V. in 1996, Zhang Et al. Gebruikte gasfase moleculaire bundelpitaxie (GSMBE) om de Inalas-Iningaas-INP epitaxy-laag te laten groeien. De INALAS-laag vertoonde hoge weerstandskenmerken en de groeiomstandigheden werden geoptimaliseerd door röntgendiffractiemeting, zodat de roostermismatch tussen Ingaas en Inalas-lagen binnen het bereik van 1 x 10⁻³ lag. Dit resulteert in geoptimaliseerde apparaatprestaties met donkere stroom onder 0,75 Pa/μm² bij 10 V en snelle tijdelijke respons tot 16 ps bij 5 V. Over het algemeen is de MSM -structuur fotodetector eenvoudig en gemakkelijk te integreren, met een lage donkere stroom (PA -volgorde), maar de metaalelektrode zal het effectieve lichtabsorptiegebied van het apparaat verminderen, dus de respons is lager dan andere structuren.
De IngaaS-pin-fotodetector voegt een intrinsieke laag in tussen de contactlaag van het P-type en de contactlaag van het N-type, zoals weergegeven in figuur (b), die de breedte van het uitputtinggebied verhoogt, waardoor meer elektronen-gatenparen worden uitgestraald en een grotere fotostroom vormt, dus het heeft een uitstekende elektronenprestaties. In 2007, A.Poloczek et al. Gebruikte MBE om een bufferlaag met lage temperaturen te laten groeien om de ruwheid van het oppervlak te verbeteren en de roostermismatch tussen SI en INP te overwinnen. MOCVD werd gebruikt om Ingaas -pin -structuur op het INP -substraat te integreren en de responsiviteit van het apparaat was ongeveer 0,57A /W. In 2011 gebruikte het Army Research Laboratory (ALR) PIN-fotodetectoren om een LiDAR-imager te bestuderen voor navigatie, obstakel/botsingsvermijding en korte afstandsdoeldetectie/identificatie voor kleine onbemande grondvoertuigen, geïntegreerd met een goedkope microgolfversterker-chip die de signaal-ruisverhouding van de IngaaS-pin-fotodeetector aanzienlijk verbeterde. Op basis hiervan, in 2012, gebruikte ALR deze Lidar -imager voor robots, met een detectiebereik van meer dan 50 m en een resolutie van 256 × 128.
De ingaaidelawine fotodetectoris een soort fotodetector met winst, waarvan de structuur wordt getoond in figuur (c). Het elektronengatpaar verkrijgt voldoende energie onder de werking van het elektrische veld in het verdubbelingsgebied, om te botsen met het atoom, nieuwe elektronengatparen genereren, een lawine-effect vormen en de niet-evenwichtsdragers in het materiaal vermenigvuldigen. In 2013 gebruikte George M MBE om met rooster gematchte Ingaas en Inalas -legeringen op een Inp -substraat te laten groeien, met behulp van veranderingen in legeringssamenstelling, epitaxiale laagdikte en doping tot gemoduleerde dragersenergie om elektroshock -ionisatie te maximaliseren, terwijl gationisatie wordt geminimaliseerd. Bij de equivalente uitgangssignaalsteun vertoont APD lagere ruis en lagere donkere stroom. In 2016, Sun Jianfeng et al. bouwde een set van 1570 nm laser actieve beeldvorming experimenteel platform op basis van de Ingaas Avalanche Photodetector. Het interne circuit vanAPD -fotodetectorOntvangen echo's en direct digitale signalen uitvoeren, waardoor het hele apparaat compact is. De experimentele resultaten worden getoond in Fig. (d) en (e). Figuur (D) is een fysieke foto van het beeldvormingsdoel en figuur (E) is een driedimensionale afstandsafbeelding. Het is duidelijk te zien dat het venstergebied van gebied C een bepaalde diepteafstand heeft met gebied A en B. Het platform realiseert de pulsbreedte van minder dan 10 ns, enkele pulsenergie (1 ~ 3) MJ instelbaar, die lensveldhoek van 2 ° ontvangt, herhalingsfrequentie van 1 kHz, detectorverhouding van ongeveer 60%. Dankzij de interne fotostroomversterking van APD, snelle respons, compacte grootte, duurzaamheid en lage kosten, kunnen APD -fotodetectoren een orde van grootte hoger in detectiesnelheid zijn dan pin -fotodetectoren, dus de huidige mainstream -lidar wordt voornamelijk gedomineerd door Avalanche photodetectoren.
Over het algemeen kunnen we, met de snelle ontwikkeling van IngaaS-voorbereidingstechnologie in binnen- en buitenland, MBE-, MOCVD-, LPE- en andere technologieën vakkundig gebruiken om grote Epitaxiale laag van hoge kwaliteit te bereiden op Inp-substraat. IngaaS -fotodetectoren vertonen een lage donkere stroom en hoge responsiviteit, de laagste donkere stroom is lager dan 0,75 Pa/μm², de maximale responsiviteit is tot 0,57 A/W en heeft een snelle tijdelijke respons (PS -volgorde). De toekomstige ontwikkeling van INGAAS -fotodetectoren zal zich richten op de volgende twee aspecten: (1) Ingaas Epitaxiale laag wordt direct geteeld op Si -substraat. Op dit moment zijn de meeste micro -elektronische apparaten op de markt op SI gebaseerd en is de daaropvolgende geïntegreerde ontwikkeling van IngaaS en SI gebaseerd de algemene trend. Problemen oplossen zoals mismatch -rooster en thermische expansiecoëfficiëntverschil is cruciaal voor de studie van IngaaS/Si; (2) De 1550 nm golflengte -technologie is volwassen geweest en de uitgebreide golflengte (2.0 ~ 2,5) μm is de toekomstige onderzoeksrichting. Met de toename van in componenten, zal de roostermismatch tussen INP -substraat en IngAAS -epitaxiale laag leiden tot meer ernstige dislocatie en defecten, dus het is noodzakelijk om de parameters van het apparaatproces te optimaliseren, de roosterdefecten te verminderen en de donkere stroom van het apparaat te verminderen.
Posttijd: mei-06-2024