Struktur InGaAs photodetector

Struktur sakaInGaAs photodetector

Wiwit taun 1980-an, peneliti ing omah lan ing luar negeri wis sinau struktur fotodetektor InGaAs, sing utamane dipérang dadi telung jinis. InGaAs metal-Semiconduktor-metal photodetector (MSM-PD), InGaAs PIN Photodetector (PIN-PD), lan InGaAs Avalanche Photodetector (APD-PD). Ana beda pinunjul ing proses pabrikan lan biaya InGaAs photodetectors karo struktur beda, lan ana uga beda gedhe ing kinerja piranti.

InGaAs logam-semikonduktor-logamdetektor foto, ditampilake ing Figure (a), minangka struktur khusus adhedhasar prapatan Schottky. Ing taun 1992, Shi et al. nggunakake teknologi epitaksi fase uap logam-organik tekanan rendah (LP-MOVPE) kanggo tuwuh lapisan epitaksi lan nyiapake fotodetektor InGaAs MSM, sing nduweni daya tanggap dhuwur 0,42 A/W ing dawane gelombang 1,3 μm lan arus peteng luwih murah tinimbang 5,6 pA/ μm² ing 1,5 V. Ing taun 1996, zhang et al. nggunakake epitaksi sinar molekul fase gas (GSMBE) kanggo tuwuh lapisan epitaksi InAlAs-InGaAs-InP. Lapisan InAlAs nuduhake karakteristik resistivitas dhuwur, lan kahanan wutah dioptimalake kanthi pangukuran difraksi sinar-X, saéngga ora cocog kisi ing antarane lapisan InGaA lan InAlAs ana ing kisaran 1 × 10⁻³. Iki nyebabake kinerja piranti sing dioptimalake kanthi arus peteng ing ngisor 0,75 pA/μm² ing 10 V lan respon transien cepet nganti 16 ps ing 5 V. Umume, photodetector struktur MSM prasaja lan gampang digabung, nuduhake arus peteng sing sithik (pA). urutan), nanging elektroda logam bakal ngurangi area panyerepan cahya efektif piranti, supaya respon luwih murah tinimbang struktur liyane.

Photodetector PIN InGaAs nglebokake lapisan intrinsik antarane lapisan kontak P-jinis lan lapisan kontak N-jinis, minangka ditampilake ing Gambar (b), kang nambah jembaré wilayah panipisan, saéngga radiating liyane pasangan elektron-bolongan lan mbentuk photocurrent luwih gedhe, supaya nduweni kinerja konduksi elektron banget. Ing 2007, A.Poloczek et al. digunakake MBE kanggo tuwuh lapisan buffer suhu kurang kanggo nambah roughness lumahing lan ngatasi mismatch kisi antarane Si lan InP. MOCVD digunakake kanggo nggabungake struktur PIN InGaAs ing substrat InP, lan responsif piranti kira-kira 0,57A / W. Ing 2011, Laboratorium Riset Angkatan Darat (ALR) nggunakake fotodetektor PIN kanggo nyinaoni imager liDAR kanggo navigasi, nyegah alangan / tabrakan, lan deteksi / identifikasi target jarak cendhak kanggo kendharaan lemah tanpa awak cilik, digabungake karo chip amplifier gelombang mikro sing murah. Ngartekno apik rasio sinyal-kanggo-noise saka fotodetektor PIN InGaAs. Ing basis kasebut, ing taun 2012, ALR nggunakake imager liDAR iki kanggo robot, kanthi jangkauan deteksi luwih saka 50 m lan resolusi 256 × 128.

Ing InGaAsdetektor foto longsoriku jenis photodetector karo gain, struktur kang kapacak ing Figure (c). Pasangan elektron-bolongan entuk energi sing cukup ing tumindak medan listrik ing wilayah dobel, supaya bisa tabrakan karo atom, ngasilake pasangan elektron-bolongan anyar, mbentuk efek longsor, lan multiply operator non-keseimbangan ing materi. . Ing 2013, George M nggunakake MBE kanggo tuwuh kisi-kisi sing cocog karo InGaAs lan InAlAs alloy ing substrat InP, nggunakake owah-owahan ing komposisi alloy, kekandelan lapisan epitaxial, lan doping kanggo energi operator modulated kanggo nggedhekake ionisasi electroshock nalika minimalake ionisasi bolongan. Ing gain sinyal output padha, APD nuduhake gangguan ngisor lan saiki peteng ngisor. Ing 2016, Sun Jianfeng et al. dibangun pesawat saka 1570 nm laser aktif imaging platform eksperimen adhedhasar photodetector longsor InGaAs. Sirkuit internal sakaAPD photodetectornampa gema lan langsung output sinyal digital, nggawe kabeh piranti kompak. Asil eksperimen ditampilake ing Gbr. (d) lan (e). Gambar (d) minangka foto fisik saka target pencitraan, lan Gambar (e) minangka gambar jarak telung dimensi. Bisa dideleng kanthi cetha yen area jendhela area c nduweni jarak ambane tartamtu karo area A lan b. Platform nyadari jembaré pulsa kurang saka 10 ns, energi pulsa siji (1 ~ 3) mJ luwes, nampa lapangan lensa Angle 2 °, frekuensi pengulangan 1 kHz, rasio tugas detector kira-kira 60%. Thanks kanggo gain photocurrent internal APD, respon cepet, ukuran kompak, kekiatan lan biaya murah, APD photodetectors bisa dadi urutan gedhene tingkat deteksi luwih saka PIN photodetectors, supaya liDAR mainstream saiki utamané didominasi dening photodetector longsoran.

Sakabèhé, kanthi pangembangan teknologi persiapan InGaAs kanthi cepet ing omah lan ing luar negeri, kita bisa nggunakake MBE, MOCVD, LPE lan teknologi liyane kanthi trampil kanggo nyiapake lapisan epitaxial InGaAs kualitas dhuwur ing area substrat InP. Photodetector InGaAs nampilake arus peteng sing kurang lan responsif dhuwur, arus peteng sing paling murah luwih murah tinimbang 0,75 pA/μm², respon maksimal nganti 0,57 A/W, lan nduweni respon transient cepet (pesanan ps). Pangembangan mangsa fotodetektor InGaAs bakal fokus ing rong aspek ing ngisor iki: (1) Lapisan epitaxial InGaAs langsung ditanam ing substrat Si. Saiki, umume piranti mikroelektronik ing pasar adhedhasar Si, lan pangembangan terpadu InGaAs lan Si adhedhasar minangka tren umum. Ngatasi masalah kayata mismatch kisi lan prabédan koefisien ekspansi termal penting kanggo sinau InGaAs / Si; (2) Teknologi dawa gelombang 1550 nm wis diwasa, lan dawa gelombang sing luwih dawa (2.0 ~ 2.5) μm minangka arah riset ing mangsa ngarep. Kanthi nambah komponen Ing, ing mismatch kisi antarane landasan InP lan lapisan epitaxial InGaAs bakal mimpin kanggo dislocation luwih serius lan cacat, supaya iku perlu kanggo ngoptimalake paramèter proses piranti, nyuda cacat kisi, lan nyuda piranti saiki peteng.