Die struktuur van InGaAs fotodetektor

Die struktuur vanInGaAs Fotodetektor
Sedert die 1980's bestudeer navorsers die struktuur van InGaAs-fotodetektors, wat in drie hooftipes opgesom kan word: InGaAs-metaal, halfgeleiermetaalfotodetektors(MSM-PD), InGaAsPIN-fotodetektors(PIN-PD), en InGaAssneeustorting fotodetektors(APD-PD). Daar is beduidende verskille in die produksieproses en koste van InGaAs-fotodetektors met verskillende strukture, en daar is ook beduidende verskille in toestelprestasie.
Die skematiese diagram van die InGaAs-metaalhalfgeleier-metaalfotodetektorstruktuur word in die figuur getoon, wat 'n spesiale struktuur is gebaseer op die Schottky-voeg. In 1992 het Shi et al. lae-druk metaalorganiese dampfase-epitaksie (LP-MOVPE) tegnologie gebruik om epitaksiale lae te kweek en InGaAs MSM-fotodetektors voor te berei. Die toestel het 'n hoë responsiwiteit van 0.42 A/W teen 'n golflengte van 1.3 μm en 'n donkerstroom van minder as 5.6 pA/μm² teen 1.5 V. In 1996 het navorsers gasfase molekulêre bundel-epitaksie (GSMBE) gebruik om InAlAs InGaAs InP epitaksiale lae te kweek, wat hoë weerstandseienskappe vertoon het. Die groeitoestande is geoptimaliseer deur X-straaldiffraksiemetings, wat gelei het tot 'n roosterwanpassing tussen InGaAs- en InAlAs-lae binne die reeks van 1 × 10⁻³. Gevolglik is die toestel se werkverrigting geoptimaliseer, met 'n donkerstroom van minder as 0.75 pA/μ m² teen 10 V en 'n vinnige oorgangsrespons van 16 ps teen 5 V. Oor die algemeen het die MSM-struktuurfotodetektor 'n eenvoudige en maklik-integreerbare struktuur, wat 'n laer donkerstroom (pA-vlak) toon, maar die metaalelektrode verminder die effektiewe ligabsorpsie-area van die toestel, wat lei tot laer responsiwiteit in vergelyking met ander strukture.

Die InGaAs PIN-fotodetektor het 'n intrinsieke laag wat tussen die P-tipe kontaklaag en die N-tipe kontaklaag geplaas is, soos in die figuur getoon, wat die breedte van die uitputtinggebied vergroot, waardeur meer elektrongatpare uitgestraal word en 'n groter fotostroom gevorm word, wat dus uitstekende elektroniese geleidingsvermoë toon. In 2007 het navorsers MBE gebruik om lae-temperatuur bufferlae te kweek, wat oppervlakruheid verbeter en roosterwanpassing tussen Si en InP oorkom. Hulle het InGaAs PIN-strukture op InP-substrate geïntegreer met behulp van MOCVD, en die responsiwiteit van die toestel was ongeveer 0.57 A/W. In 2011 het navorsers PIN-fotodetektors gebruik om 'n kortafstand LiDAR-beeldtoestel te ontwikkel vir navigasie, obstruksie-/botsingsvermyding en teikenopsporing/herkenning van klein onbemande grondvoertuie. Die toestel is geïntegreer met 'n laekoste-mikrogolfversterker-skyfie, wat die sein-tot-ruisverhouding van InGaAs PIN-fotodetektors aansienlik verbeter het. Op grond hiervan het navorsers hierdie LiDAR-beeldtoestel in 2012 op robotte toegepas, met 'n opsporingsbereik van meer as 50 meter en 'n resolusie wat verhoog is tot 256 × 128.
Die InGaAs-lawine-fotodetektor is 'n tipe fotodetektor met versterking, soos getoon in die struktuurdiagram. Elektrongatpare verkry voldoende energie onder die werking van die elektriese veld binne die verdubbelingsgebied, en bots met atome om nuwe elektrongatpare te genereer, wat 'n lawine-effek vorm en die nie-ewewigsladingsdraers in die materiaal verdubbel. In 2013 het navorsers MBE gebruik om rooster-gepaarde InGaAs- en InAlAs-legerings op InP-substrate te kweek, wat draerenergie moduleer deur veranderinge in legeringsamestelling, epitaksiale laagdikte en dotering, wat elektroskok-ionisasie maksimeer terwyl gat-ionisasie geminimaliseer word. Onder ekwivalente uitsetseinversterking vertoon APD lae geraas en laer donkerstroom. In 2016 het navorsers 'n 1570 nm laser-aktiewe beeldvormingseksperimentele platform gebaseer op InGaAs-lawine-fotodetektors gebou. Die interne stroombaan van dieAPD-fotodetektorontvangde eggo's en stuur digitale seine direk uit, wat die hele toestel kompak maak. Die eksperimentele resultate word in Figure (d) en (e) getoon. Figuur (d) is 'n fisiese foto van die beeldteiken, en Figuur (e) is 'n driedimensionele afstandsbeeld. Dit kan duidelik gesien word dat die vensterarea in Sone C 'n sekere diepteafstand van Sones A en B het. Hierdie platform bereik 'n pulswydte van minder as 10 ns, verstelbare enkelpulsenergie (1-3) mJ, 'n gesigshoek van 2 ° vir die sender- en ontvanglense, 'n herhalingstempo van 1 kHz en 'n detektor-dienssiklus van ongeveer 60%. Danksy die interne fotostroomwins, vinnige reaksie, kompakte grootte, duursaamheid en lae koste van APD, kan APD-fotodetektors 'n deteksietempo bereik wat een orde van grootte hoër is as PIN-fotodetektors. Daarom gebruik die hoofstroomlaserradar tans hoofsaaklik sneeustortingfotodetektors.