TuzilishiInGaAs fotodetektori
1980-yillardan boshlab, mamlakatimiz va xorijdagi tadqiqotchilar InGaAs fotodetektorlarining tuzilishini o'rganishdi, ular asosan uch turga bo'linadi. Ular InGaAs metall-yarim o'tkazgich-metall fotodetektori (MSM-PD), InGaAs PIN fotodetektori (PIN-PD) va InGaAs Avalanche fotodetektori (APD-PD). Turli xil tuzilishga ega InGaAs fotodetektorlarini ishlab chiqarish jarayoni va narxida sezilarli farqlar mavjud, shuningdek, qurilmalarning ishlashida ham katta farqlar mavjud.
InGaAs metall-yarim o'tkazgich-metallfotodetektor, (a)-rasmda ko'rsatilgan, Shottki birikmasiga asoslangan maxsus tuzilma. 1992-yilda Shi va boshqalar epitaksiya qatlamlarini o'stirish uchun past bosimli metall-organik bug 'fazali epitaksiya texnologiyasidan (LP-MOVPE) foydalanganlar va 1,3 mkm to'lqin uzunligida 0,42 A/W yuqori sezgirlikka va 1,5 V da 5,6 pA/ mkm² dan past qorong'u oqimga ega bo'lgan InGaAs MSM fotodetektorini tayyorladilar. 1996-yilda zhang va boshqalar InAlAs-InGaAs-InP epitaksiya qatlamini o'stirish uchun gaz fazali molekulyar nur epitaksiyasidan (GSMBE) foydalanganlar. InAlAs qatlami yuqori qarshilik xususiyatlarini ko'rsatdi va o'sish sharoitlari rentgen difraksiyasi o'lchovi bilan optimallashtirildi, shuning uchun InGaAs va InAlAs qatlamlari orasidagi panjara nomuvofiqligi 1×10⁻³ oralig'ida edi. Bu 10 V da 0,75 pA/μm² dan past qorong'u tok va 5 V da 16 ps gacha tez o'tish reaksiyasi bilan optimallashtirilgan qurilma ishlashiga olib keladi. Umuman olganda, MSM strukturali fotodetektori oddiy va integratsiya qilish oson, past qorong'u tokni (pA tartibi) ko'rsatadi, ammo metall elektrod qurilmaning samarali yorug'lik yutilish maydonini kamaytiradi, shuning uchun reaksiya boshqa tuzilmalarga qaraganda pastroq.
InGaAs PIN fotodetektori (b)-rasmda ko'rsatilgandek, P-turdagi kontakt qatlami va N-turdagi kontakt qatlami orasiga ichki qatlamni kiritadi, bu esa kamayish mintaqasining kengligini oshiradi, shu bilan ko'proq elektron-teshik juftlarini nurlantiradi va kattaroq fototokni hosil qiladi, shuning uchun u ajoyib elektron o'tkazuvchanlik ko'rsatkichlariga ega. 2007-yilda A.Poloczek va boshqalar sirt pürüzlülüğünü yaxshilash va Si va InP o'rtasidagi panjara nomuvofiqligini bartaraf etish uchun past haroratli bufer qatlamini o'stirish uchun MBE dan foydalanganlar. MOCVD InGaAs PIN tuzilishini InP substratiga integratsiya qilish uchun ishlatilgan va qurilmaning sezgirligi taxminan 0,57A / Vt ni tashkil etgan. 2011-yilda Armiya Tadqiqot Laboratoriyasi (ALR) kichik uchuvchisiz yer usti transport vositalari uchun navigatsiya, to'siqlar/to'qnashuvlarning oldini olish va qisqa masofali nishonlarni aniqlash/aniqlash uchun liDAR tasvirlagichini o'rganish uchun PIN fotodetektorlaridan foydalangan, bu esa InGaAs PIN fotodetektorining signal-shovqin nisbatini sezilarli darajada yaxshilagan arzon mikroto'lqinli kuchaytirgich chipi bilan integratsiyalashgan. Shu asosda, 2012-yilda ALR ushbu liDAR tasvirlagichini robotlar uchun ishlatdi, uning aniqlash diapazoni 50 m dan ortiq va o'lchamlari 256 × 128 edi.
InGaAsko'chki fotodetektorikuchaytirishga ega fotodetektorning bir turi bo'lib, uning tuzilishi (c-rasmda) ko'rsatilgan. Elektron-teshik juftligi ikki baravar ko'payish mintaqasi ichidagi elektr maydoni ta'sirida yetarli energiya oladi, shunda atom bilan to'qnashadi, yangi elektron-teshik juftliklarini hosil qiladi, ko'chki effektini hosil qiladi va materialdagi muvozanatsiz tashuvchilarni ko'paytiradi. 2013-yilda Jorj M MBE dan foydalanib, InP substratida panjara mos keladigan InGaAs va InAlAs qotishmalarini o'stirdi, qotishma tarkibidagi o'zgarishlar, epitaksial qatlam qalinligi va modulyatsiyalangan tashuvchi energiyasiga qo'shimchalar qo'shib, teshik ionlanishini minimallashtirish bilan birga elektroshok ionlanishini maksimal darajada oshirish uchun foydalandi. Ekvivalent chiqish signali kuchaytirilishida APD pastroq shovqin va pastroq qorong'u tokni ko'rsatadi. 2016-yilda Sun Jianfeng va boshqalar InGaAs ko'chki fotodetektori asosida 1570 nm lazerli faol tasvirlash eksperimental platformasini yaratdilar. Ichki sxemasiAPD fotodetektoriaks-sadolarni qabul qildi va to'g'ridan-to'g'ri raqamli signallarni chiqardi, bu esa butun qurilmani ixcham qiladi. Tajriba natijalari (d) va (e)-rasmlarda ko'rsatilgan. (d)-rasm tasvirlash nishonining jismoniy fotosurati, (e)-rasm esa uch o'lchovli masofa tasviridir. C maydonining oyna maydoni A va b maydoni bilan ma'lum bir chuqurlik masofasiga ega ekanligini aniq ko'rish mumkin. Platforma impuls kengligi 10 ns dan kam, bitta impuls energiyasi (1 ~ 3) mJ sozlanishi, qabul qiluvchi linza maydoni burchagi 2°, takrorlanish chastotasi 1 kHz, detektorning ish nisbati taxminan 60% ni amalga oshiradi. APD ning ichki fototok kuchi, tezkor javob, ixcham o'lcham, chidamlilik va arzonligi tufayli APD fotodetektorlari PIN fotodetektorlariga qaraganda aniqlash tezligi bo'yicha bir daraja yuqori bo'lishi mumkin, shuning uchun hozirgi asosiy liDAR asosan ko'chki fotodetektorlari tomonidan boshqariladi.
Umuman olganda, InGaAs tayyorlash texnologiyasining uyda va xorijda jadal rivojlanishi bilan biz InP substratida keng maydonli yuqori sifatli InGaAs epitaksial qatlamini tayyorlash uchun MBE, MOCVD, LPE va boshqa texnologiyalardan mohirona foydalanishimiz mumkin. InGaAs fotodetektorlari past qorong'u tok va yuqori sezgirlikni namoyon etadi, eng past qorong'u tok 0,75 pA/μm² dan past, maksimal sezgirlik 0,57 A/W gacha va tez o'tish reaksiyasiga (ps tartibi) ega. InGaAs fotodetektorlarining kelajakdagi rivojlanishi quyidagi ikki jihatga qaratiladi: (1) InGaAs epitaksial qatlami to'g'ridan-to'g'ri Si substratida o'stiriladi. Hozirgi vaqtda bozordagi mikroelektron qurilmalarning aksariyati Si asosida ishlab chiqilgan va keyinchalik InGaAs va Si asosidagi integratsiyalashgan ishlab chiqish umumiy tendentsiya hisoblanadi. Panjara mos kelmasligi va issiqlik kengayish koeffitsienti farqi kabi muammolarni hal qilish InGaAs/Si ni o'rganish uchun juda muhimdir; (2) 1550 nm to'lqin uzunligi texnologiyasi etuk bo'ldi va kengaytirilgan to'lqin uzunligi (2,0 ~ 2,5) μm kelajakdagi tadqiqot yo'nalishi hisoblanadi. In komponentlarining ko'payishi bilan InP substrati va InGaAs epitaksial qatlami o'rtasidagi panjara nomuvofiqligi jiddiyroq dislokatsiya va nuqsonlarga olib keladi, shuning uchun qurilma jarayon parametrlarini optimallashtirish, panjara nuqsonlarini kamaytirish va qurilmaning qorong'u oqimini kamaytirish kerak.
Joylashtirilgan vaqt: 2024-yil 6-may