QuruluşuInGaAs fotodetektoru
1980-ci illərdən bəri, həm ölkə daxilində, həm də xaricdə tədqiqatçılar əsasən üç növə bölünən InGaAs fotodetektorlarının quruluşunu öyrənmişlər. Bunlar InGaAs metal-yarımkeçirici-metal fotodetektoru (MSM-PD), InGaAs PIN Fotodetektoru (PIN-PD) və InGaAs Uçqun Fotodetektorudur (APD-PD). Müxtəlif strukturlara malik InGaAs fotodetektorlarının istehsal prosesində və qiymətində əhəmiyyətli fərqlər var və cihazın işində də böyük fərqlər mövcuddur.
InGaAs metal-yarımkeçirici-metalfotodetektorŞəkil (a)-da göstərilən, Şottki qovşağına əsaslanan xüsusi bir quruluşdur. 1992-ci ildə Şi və digərləri epitaksiya təbəqələrini yetişdirmək üçün aşağı təzyiqli metal-üzvi buxar fazalı epitaksiya texnologiyasından (LP-MOVPE) istifadə etmiş və 1,3 μm dalğa uzunluğunda 0,42 A/W yüksək cavabdehliyə və 1,5 V-da 5,6 pA/μm²-dən aşağı qaranlıq cərəyana malik InGaAs MSM fotodetektoru hazırlamışlar. 1996-cı ildə zhang və digərləri InAlAs-InGaAs-InP epitaksiya təbəqəsini yetişdirmək üçün qaz fazalı molekulyar şüa epitaksiyasından (GSMBE) istifadə etmişdir. InAlAs təbəqəsi yüksək müqavimət xüsusiyyətləri göstərmiş və böyümə şərtləri rentgen difraksiyası ölçməsi ilə optimallaşdırılmışdır ki, InGaAs və InAlAs təbəqələri arasındakı qəfəs uyğunsuzluğu 1×10⁻³ diapazonunda olsun. Bu, 10 V-da 0,75 pA/μm²-dən aşağı qaranlıq cərəyan və 5 V-da 16 ps-ə qədər sürətli keçid reaksiyası ilə cihazın optimal performansına gətirib çıxarır. Ümumilikdə, MSM strukturlu fotodetektoru sadə və inteqrasiyası asandır, aşağı qaranlıq cərəyan (pA sırası) göstərir, lakin metal elektrod cihazın effektiv işığı udma sahəsini azaldacaq, buna görə də reaksiya digər strukturlara nisbətən daha aşağıdır.
Şəkil (b)-də göstərildiyi kimi, InGaAs PIN fotodetektoru, tükənmə bölgəsinin genişliyini artıran, beləliklə daha çox elektron-dəlik cütü şüalandıran və daha böyük bir fotocərəyan əmələ gətirən P tipli kontakt təbəqəsi ilə N tipli kontakt təbəqəsi arasında daxili bir təbəqə yerləşdirir, buna görə də o, əla elektron keçiricilik performansına malikdir. 2007-ci ildə A.Poloczek və digərləri səth pürüzlülüyünü yaxşılaşdırmaq və Si və InP arasındakı qəfəs uyğunsuzluğunu aradan qaldırmaq üçün aşağı temperaturlu bufer təbəqəsi yetişdirmək üçün MBE-dən istifadə etdilər. MOCVD, InP substratına InGaAs PIN strukturunu inteqrasiya etmək üçün istifadə edildi və cihazın cavabdehliyi təxminən 0,57A /W idi. 2011-ci ildə Ordu Tədqiqat Laboratoriyası (ALR), InGaAs PIN fotodetektorunun siqnal-səs-küy nisbətini əhəmiyyətli dərəcədə yaxşılaşdıran aşağı qiymətli mikrodalğalı gücləndirici çip ilə inteqrasiya olunmuş kiçik pilotsuz yerüstü nəqliyyat vasitələri üçün naviqasiya, maneə/toqquşmanın qarşısının alınması və qısa mənzilli hədəf aşkarlanması/identifikasiyası üçün liDAR görüntüləyicisini öyrənmək üçün PIN fotodetektorlarından istifadə etdi. Bu əsasda, 2012-ci ildə ALR, 50 m-dən çox aşkarlama diapazonuna və 256 × 128 qətnaməyə malik bu liDAR görüntüləyicisini robotlar üçün istifadə etdi.
InGaAsuçqun fotodetektoruQazanclı bir fotodetektor növüdür və quruluşu Şəkil (c)-də göstərilmişdir. Elektron-dəlik cütü, ikiqat artan bölgədəki elektrik sahəsinin təsiri altında atomla toqquşmaq, yeni elektron-dəlik cütləri yaratmaq, uçqun effekti yaratmaq və materialdakı qeyri-tarazlıq daşıyıcılarını çoxaltmaq üçün kifayət qədər enerji əldə edir. 2013-cü ildə George M, dəlik ionlaşmasını minimuma endirərkən elektroşok ionlaşmasını maksimum dərəcədə artırmaq üçün ərinti tərkibindəki dəyişikliklərdən, epitaksial təbəqə qalınlığından və modulyasiya edilmiş daşıyıcı enerjisinə qatqıdan istifadə edərək, InP substratında qəfəs uyğunlaşdırılmış InGaAs və InAlAs ərintilərini yetişdirmək üçün MBE-dən istifadə etdi. Ekvivalent çıxış siqnalı qazancında APD daha aşağı səs-küy və daha aşağı qaranlıq cərəyan göstərir. 2016-cı ildə Sun Jianfeng və digərləri InGaAs uçqun fotodetektoruna əsaslanan 1570 nm lazer aktiv görüntüləmə eksperimental platforması dəsti qurdular. Daxili dövrəAPD fotodetektoruəks-sədaları qəbul edir və birbaşa rəqəmsal siqnallar çıxarır, bu da bütün cihazı kompakt edir. Təcrübə nəticələri Şəkil (d) və (e)-də göstərilib. Şəkil (d) görüntü hədəfinin fiziki fotoşəklidir və Şəkil (e) üçölçülü məsafə görüntüsüdür. Aydın görünür ki, c sahəsinin pəncərə sahəsi A və b sahəsi ilə müəyyən bir dərinlik məsafəsinə malikdir. Platforma impuls eni 10 ns-dən az, tək impuls enerjisi (1 ~ 3) mJ tənzimlənən, qəbuledici linza sahəsinin bucağı 2°, təkrarlanma tezliyi 1 kHz, detektor iş nisbəti təxminən 60% təşkil edir. APD-nin daxili fotocərəyan qazancı, sürətli cavabı, kompakt ölçüsü, davamlılığı və aşağı qiyməti sayəsində APD fotodetektorları aşkarlama sürətində PIN fotodetektorlarından xeyli yüksək ola bilər, buna görə də mövcud əsas liDAR əsasən uçqun fotodetektorları tərəfindən idarə olunur.
Ümumiyyətlə, InGaAs hazırlama texnologiyasının ölkə daxilində və xaricdə sürətli inkişafı ilə, InP substratı üzərində geniş sahəli yüksək keyfiyyətli InGaAs epitaksial təbəqəsi hazırlamaq üçün MBE, MOCVD, LPE və digər texnologiyalardan məharətlə istifadə edə bilərik. InGaAs fotodetektorları aşağı qaranlıq cərəyan və yüksək cavabdehlik nümayiş etdirir, ən aşağı qaranlıq cərəyan 0,75 pA/μm²-dən aşağıdır, maksimum cavabdehlik 0,57 A/W-a qədərdir və sürətli keçici cavaba (ps sırası) malikdir. InGaAs fotodetektorlarının gələcək inkişafı aşağıdakı iki aspektə yönələcək: (1) InGaAs epitaksial təbəqəsi birbaşa Si substratı üzərində yetişdirilir. Hazırda bazardakı mikroelektron cihazların əksəriyyəti Si əsaslıdır və sonradan InGaAs və Si əsaslı inteqrasiya olunmuş inkişaf ümumi trenddir. Şəbəkə uyğunsuzluğu və istilik genişlənmə əmsalı fərqi kimi problemlərin həlli InGaAs/Si-nin öyrənilməsi üçün çox vacibdir; (2) 1550 nm dalğa uzunluğu texnologiyası yetkinləşib və uzadılmış dalğa uzunluğu (2,0 ~ 2,5) μm gələcək tədqiqat istiqamətidir. In komponentlərinin artması ilə InP substratı ilə InGaAs epitaksial təbəqəsi arasındakı qəfəs uyğunsuzluğu daha ciddi çıxıqlara və qüsurlara səbəb olacaq, buna görə də cihazın proses parametrlərini optimallaşdırmaq, qəfəs qüsurlarını azaltmaq və cihazın qaranlıq cərəyanını azaltmaq lazımdır.
Yazı vaxtı: 06 may 2024