strukturuInGaAs fotodetektoru
1980-ci illərdən etibarən yerli və xaricdəki tədqiqatçılar əsasən üç növə bölünən InGaAs fotodetektorlarının strukturunu öyrənmişlər. Bunlar InGaAs metal-Yarımkeçirici-metal fotodetektoru (MSM-PD), InGaAs PIN Photodetector (PIN-PD) və InGaAs Avalanche Photodetector (APD-PD). Müxtəlif strukturlara malik InGaAs fotodetektorlarının istehsal prosesində və qiymətində əhəmiyyətli fərqlər var və cihazın performansında da böyük fərqlər var.
InGaAs metal-yarımkeçirici-metalfotodetektor, Şəkil (a)-da göstərilmişdir, Şottki qovşağına əsaslanan xüsusi strukturdur. 1992-ci ildə Shi et al. epitaksiya təbəqələrini böyütmək üçün aşağı təzyiqli metal-üzvi buxar fazalı epitaksiya texnologiyasından (LP-MOVPE) istifadə etdi və 1,3 μm dalğa uzunluğunda 0,42 A/V yüksək reaksiya qabiliyyətinə və 5,6 pA/V5,99-dan aşağı qaranlıq cərəyanına malik olan InGaAs MSM fotodetektoru hazırladı. InAlAs-InGaAs-InP epitaksi qatını böyütmək üçün qaz fazalı molekulyar şüa epitaksiyasından (GSMBE) istifadə etmişdir. InAlAs təbəqəsi yüksək müqavimət xüsusiyyətləri göstərdi və böyümə şəraiti X-şüalarının difraksiyasının ölçülməsi ilə optimallaşdırıldı, beləliklə InGaAs və InAlAs təbəqələri arasında şəbəkə uyğunsuzluğu 1 × 10⁻³ diapazonunda idi. Bu, 10 V-da 0,75 pA/μm²-dən aşağı tünd cərəyanla optimallaşdırılmış cihazın performansı ilə nəticələnir və 5 V-də 16 ps-ə qədər sürətli keçid reaksiyası ilə nəticələnir. Ümumiyyətlə, MSM strukturunun fotodetektoru sadə və inteqrasiya etmək asandır, aşağı tünd cərəyan göstərir (pA sifarişi), lakin metal elektrod cihazın effektiv işığı udma sahəsini azaldacaq, buna görə də reaksiyalar digər strukturlara nisbətən daha azdır.
InGaAs PIN fotodetektoru Şəkil (b)-də göstərildiyi kimi P tipli kontakt təbəqəsi ilə N tipli kontakt təbəqəsi arasına daxili təbəqə daxil edir, bu da tükənmə bölgəsinin enini artırır, beləliklə, daha çox elektron-deşik cütləri radiasiya edir və daha böyük foto cərəyan əmələ gətirir, ona görə də əla elektron keçirmə performansına malikdir. 2007-ci ildə A.Poloczek et al. səthi pürüzlülüyünü yaxşılaşdırmaq və Si və InP arasında qəfəs uyğunsuzluğunu aradan qaldırmaq üçün aşağı temperaturlu tampon qatını yetişdirmək üçün MBE-dən istifadə etdi. MOCVD, InGaAs PIN strukturunu InP substratına inteqrasiya etmək üçün istifadə edildi və cihazın cavab vermə qabiliyyəti təxminən 0,57A /W idi. 2011-ci ildə Ordu Tədqiqat Laboratoriyası (ALR) PIN fotodetektorlarından istifadə edərək naviqasiya, maneələrin/toqquşmanın qarşısının alınması və kiçik pilotsuz yerüstü nəqliyyat vasitələri üçün qısa mənzilli hədəfin aşkarlanması/identifikasiyası üçün liDAR təsvir cihazını tədqiq etmək üçün istifadə etdi. Bu əsasda, 2012-ci ildə ALR robotlar üçün 50 m-dən çox aşkarlama diapazonu və 256 × 128 təsvir ölçüsü ilə bu liDAR görüntüləyicisindən istifadə etdi.
InGaAsuçqun fotodetektorustrukturu Şəkil (c)-də göstərilən qazanclı bir növ fotodetektordur. Elektron-deşik cütlüyü ikiqat bölgə daxilində elektrik sahəsinin təsiri altında atomla toqquşmaq, yeni elektron-deşik cütləri yaratmaq, uçqun effekti yaratmaq və materialdakı qeyri-tarazlıq daşıyıcılarını çoxaltmaq üçün kifayət qədər enerji əldə edir. 2013-cü ildə Corc M, elektroşok ionlaşmasını minimuma endirərkən, elektroşok ionlaşmasını maksimum dərəcədə artırmaq üçün ərinti tərkibindəki dəyişikliklərdən, epitaksial təbəqənin qalınlığından və modulyasiya edilmiş daşıyıcı enerjiyə dopinqdən istifadə edərək, InP substratında şəbəkəyə uyğun InGaAs və InAlAs ərintilərini yetişdirmək üçün MBE-dən istifadə etdi. Ekvivalent çıxış siqnalı qazanmasında APD daha az səs-küy və aşağı qaranlıq cərəyan göstərir. 2016-cı ildə Sun Jianfeng et al. InGaAs uçqun fotodetektoru əsasında 1570 nm lazer aktiv görüntüləmə eksperimental platforma dəsti qurdu. Daxili dövrəAPD fotodetektoruqəbul edilən əks-sədaları və birbaşa rəqəmsal siqnalları çıxararaq bütün cihazı yığcam edir. Eksperimental nəticələr ŞEKİL-də göstərilmişdir. (d) və (e). Şəkil (d) təsvir hədəfinin fiziki fotoşəkilidir və Şəkil (e) üçölçülü məsafə şəklidir. Aydın görünür ki, c sahəsinin pəncərə sahəsi A və b sahəsi ilə müəyyən dərinlik məsafəsinə malikdir. Platforma nəbzin eni 10 ns-dən az, tək nəbz enerjisi (1 ~ 3) mJ tənzimlənən, qəbuledici obyektiv sahəsi 2° bucaq, 1 kHz təkrarlama tezliyi, detektorun iş nisbəti təxminən 60% həyata keçirir. APD-nin daxili foto cərəyan qazanması, sürətli reaksiya, yığcam ölçü, davamlılıq və aşağı qiymət sayəsində APD fotodetektorları aşkarlama sürətinə görə PIN fotodetektorlarından daha yüksək miqyasda ola bilər, ona görə də cari əsas liDAR-da əsasən uçqun fotodetektorları üstünlük təşkil edir.
Bütövlükdə, InGaAs hazırlamaq texnologiyasının ölkə daxilində və xaricdə sürətli inkişafı ilə biz MBE, MOCVD, LPE və digər texnologiyalardan məharətlə istifadə edərək, InP substratında geniş sahəli yüksək keyfiyyətli InGaAs epitaksial təbəqəsini hazırlaya bilərik. InGaAs fotodetektorları aşağı qaranlıq cərəyan və yüksək həssaslıq nümayiş etdirir, ən aşağı tünd cərəyan 0,75 pA/μm²-dən aşağıdır, maksimum reaksiya qabiliyyəti 0,57 A/V-ə qədərdir və sürətli keçid reaksiyasına malikdir (ps sifarişi). InGaAs fotodetektorlarının gələcək inkişafı aşağıdakı iki aspektə diqqət yetirəcək: (1) InGaAs epitaksial təbəqəsi birbaşa Si substratında böyüyür. Hal-hazırda, bazarda mikroelektronik cihazların əksəriyyəti Si əsaslıdır və InGaAs və Si əsaslı sonrakı inteqrasiyalı inkişafı ümumi tendensiyadır. InGaAs/Si-nin tədqiqi üçün qəfəs uyğunsuzluğu və istilik genişlənmə əmsalı fərqi kimi problemlərin həlli çox vacibdir; (2) 1550 nm dalğa uzunluğu texnologiyası yetkindir və uzadılmış dalğa uzunluğu (2.0 ~ 2.5) μm gələcək tədqiqat istiqamətidir. In komponentlərinin artması ilə InP substratı ilə InGaAs epitaksial təbəqəsi arasında qəfəs uyğunsuzluğu daha ciddi dislokasiya və qüsurlara səbəb olacaq, buna görə də cihazın proses parametrlərini optimallaşdırmaq, şəbəkə qüsurlarını azaltmaq və cihazın qaranlıq cərəyanını azaltmaq lazımdır.
Göndərmə vaxtı: 06 may 2024-cü il