Struktur Fotodetektor InGaAs

Struktur sakaFotodetektor InGaAs
Wiwit taun 1980-an, para peneliti wis nyinaoni struktur fotodetektor InGaAs, sing bisa dirangkum dadi telung jinis utama: logam InGaAs, logam semikonduktor, lan logamfotodetektor(MSM-PD), InGaAsDetektor foto PIN(PIN-PD), lan InGaAsfotodetektor longsor(APD-PD). Ana bedane sing signifikan ing proses produksi lan biaya fotodetektor InGaAs kanthi struktur sing beda, lan uga ana bedane sing signifikan ing kinerja piranti.
Diagram skematis struktur fotodetektor logam semikonduktor InGaAs dituduhake ing gambar, yaiku struktur khusus adhedhasar sambungan Schottky. Ing taun 1992, Shi et al. nggunakake teknologi epitaksi fase uap organik logam tekanan rendah (LP-MOVPE) kanggo nuwuhake lapisan epitaksial lan nyiapake fotodetektor InGaAs MSM. Piranti kasebut nduweni responsivitas dhuwur 0,42 A/W kanthi dawa gelombang 1,3 μm lan arus peteng kurang saka 5,6 pA/μm² ing 1,5 V. Ing taun 1996, para peneliti nggunakake epitaksi sinar molekul fase gas (GSMBE) kanggo nuwuhake lapisan epitaksial InAlAs InGaAs InP, sing nuduhake karakteristik resistivitas dhuwur. Kondisi pertumbuhan dioptimalake liwat pangukuran difraksi sinar-X, sing nyebabake ketidakcocokan kisi antarane lapisan InGaAs lan InAlAs ing kisaran 1 × 10⁻³. Akibaté, kinerja piranti dioptimalake, kanthi arus peteng kurang saka 0,75 pA/μm² ing 10 V lan respon transien cepet 16 ps ing 5 V. Sakabèhé, fotodetektor struktur MSM nduwèni struktur sing prasaja lan gampang diintegrasi, nuduhaké arus peteng (tingkat pA) sing luwih murah, nanging elektroda logam nyuda area panyerepan cahya sing efektif ing piranti kasebut, sing nyebabaké responsivitas sing luwih murah dibandhingaké karo struktur liyané.

Fotodetektor PIN InGaAs duwé lapisan intrinsik sing dipasang ing antarane lapisan kontak tipe-P lan lapisan kontak tipe-N, kaya sing dituduhake ing gambar, sing nambah jembar wilayah penipisan, saéngga nyebarake luwih akeh pasangan bolongan elektron lan mbentuk arus foto sing luwih gedhe, saéngga nuduhaké konduktivitas elektronik sing apik banget. Ing taun 2007, para peneliti nggunakake MBE kanggo nuwuhake lapisan buffer suhu rendah, ningkatake kekasaran permukaan lan ngatasi ketidakcocokan kisi antarane Si lan InP. Dheweke nggabungake struktur PIN InGaAs ing substrat InP nggunakake MOCVD, lan responsifitas piranti kasebut kira-kira 0,57 A/W. Ing taun 2011, para peneliti nggunakake fotodetektor PIN kanggo ngembangake piranti pencitraan LiDAR jarak cendhak kanggo navigasi, nyegah alangan/tabrakan, lan deteksi/pangenalan target kendaraan darat tanpa awak cilik. Piranti kasebut diintegrasikan karo chip penguat gelombang mikro sing murah, sing ningkatake rasio sinyal-kanggo-noise fotodetektor PIN InGaAs kanthi signifikan. Adhedhasar iki, ing taun 2012, para peneliti ngetrapake piranti pencitraan LiDAR iki kanggo robot, kanthi jangkauan deteksi luwih saka 50 meter lan resolusi tambah dadi 256 × 128.
Fotodetektor longsor InGaAs minangka jinis fotodetektor kanthi gain, kaya sing dituduhake ing diagram struktur. Pasangan bolongan elektron entuk energi sing cukup ing sangisore aksi medan listrik ing njero wilayah dobel, lan tabrakan karo atom kanggo ngasilake pasangan bolongan elektron anyar, mbentuk efek longsor lan nggandakake pembawa muatan non-keseimbangan ing materi kasebut. Ing taun 2013, para peneliti nggunakake MBE kanggo nuwuhake paduan InGaAs lan InAlAs sing cocog karo kisi ing substrat InP, modulasi energi pembawa liwat owah-owahan komposisi paduan, kekandelan lapisan epitaksial, lan doping, ngoptimalake ionisasi kejut elektro nalika nyilikake ionisasi bolongan. Ing sangisore gain sinyal output sing padha, APD nuduhake gangguan sing sithik lan arus peteng sing luwih murah. Ing taun 2016, para peneliti nggawe platform eksperimen pencitraan aktif laser 1570 nm adhedhasar fotodetektor longsor InGaAs. Sirkuit internal sakaFotodetektor APDnampa gema lan langsung ngetokake sinyal digital, ndadekake kabeh piranti kompak. Asil eksperimen dituduhake ing Gambar (d) lan (e). Gambar (d) minangka foto fisik saka target pencitraan, lan Gambar (e) minangka gambar jarak telung dimensi. Bisa dideleng kanthi jelas yen area jendela ing Zona C duwe jarak ambane tartamtu saka Zona A lan B. Platform iki entuk jembar pulsa kurang saka 10 ns, energi pulsa tunggal sing bisa diatur (1-3) mJ, sudut pandang bidang 2 ° kanggo lensa transmisi lan panampa, tingkat pengulangan 1 kHz, lan siklus tugas detektor kira-kira 60%. Amarga gain arus foto internal, respon cepet, ukuran kompak, daya tahan, lan biaya APD sing murah, fotodetektor APD bisa entuk tingkat deteksi sing siji urutan gedhene luwih dhuwur tinimbang fotodetektor PIN. Mulane, saiki radar laser utama utamane nggunakake fotodetektor longsor.