Struktur vonIngaas Photodetektor
Seit den 1980er Jahren haben Forscher im In- und Ausland die Struktur von IngaaS -Fotodetektoren untersucht, die hauptsächlich in drei Arten unterteilt sind. Es handelt sich um IngaaS-Metall-Diemedonductor-Metal-Photodetektor (MSM-PD), InGAAS-Pin-Fotodetektor (Pin-PD) und InGaas Avalanche-Fotodetektor (APD-PD). Es gibt signifikante Unterschiede im Herstellungsprozess und die Kosten von InGAAS -Fotodetektoren mit unterschiedlichen Strukturen, und es gibt auch große Unterschiede in der Geräteleistung.
Die Ingaas Metal-Semiconductor-MetalFotodetektor, in Abbildung (a) gezeigt, ist eine spezielle Struktur, die auf der Schottky -Verbindung basiert. Im Jahr 1992 haben Shi et al. Verwendete niedrig druckmetallorganische Dampfphasen-Epitaxy-Technologie (LP-MOVPE), um Epitaxienschichten zu züchten und den InGaAS-MSM-Fotodetektor vorzubereiten, der eine hohe Reaktionsfähigkeit von 0,42 A/ W bei einer Wellenlänge von 1,3 & mgr; m und einem dunklen Strom unter 5,6 pa/ μm bei 1,5 V. in 1996, Zhang et al. verwendete Gasphasenmolekularstrahl-Epitaxie (GSMBE), um die Inalas-Ingaas-Inp-Epitaxieschicht zu wachsen. Die Inalas-Schicht zeigte einen hohen Widerstandsmerkmale, und die Wachstumsbedingungen wurden durch Röntgenbeugung messen, so dass die Gitterfehlanpassung zwischen InGaAs und Inalasschichten im Bereich von 1 × 10⁻³ lag. Dies führt zu einer optimierten Geräteleistung mit einem Dunklen Strom unter 0,75 pa/μm² bei 10 V und einer schnellen transienten Reaktion bis zu 16 ps bei 5 V. Im Ganze ist der Photodetektor der MSM -Struktur einfach und einfach zu integrieren. Es zeigt einen niedrigen dunklen Strom (PA -Reihenfolge). Die Metallelektrode verringert jedoch den effektiven Lichtabsorptionsbereich des Geräts, sodass die Reaktion niedriger als andere Strukturen ist.
Der InGaaS-Pin-Fotodetektor fügt eine intrinsische Schicht zwischen der Kontaktschicht vom P-Typ und der N-Typ-Kontaktschicht ein, wie in Abbildung (b) gezeigt, wodurch die Breite des Abbaubereichs erhöht wird, wodurch mehr Elektronenlochpaare ausgestrahlt werden und eine größere Photostreuung bildet, sodass sie eine hervorragende Elektronenleitungsleistung enthält. Im Jahr 2007 haben A.Poloczek et al. verwendete MBE, um eine niedrige Temperaturpufferschicht zu wachsen, um die Oberflächenrauheit zu verbessern und die Gitterfehlanpassung zwischen Si und INP zu überwinden. MOCVD wurde verwendet, um die InGAAS -Pinstruktur in das INP -Substrat zu integrieren, und die Reaktionsfähigkeit des Geräts betrug etwa 0,57a /w. Im Jahr 2011 verwendete das Army Research Laboratory (ALR) PIN-Fotodetektoren, um einen Lidar-Imager zur Navigation, zur Vermeidung von Hindernissen/Kollisionen und die Kurzstreckerkennung/-identifizierung für kleine unbemannte Bodenfahrzeuge zu untersuchen, die mit einem kostengünstigen Mikrowellenverstärker-Chip signifikant verbessert wurden. Auf dieser Basis verwendete ARR im Jahr 2012 diesen Lidar -Imager für Roboter mit einem Nachweisbereich von mehr als 50 m und einer Auflösung von 256 × 128.
Die IngaasAvalanche -Fotodetektorist eine Art Fotodetektor mit Verstärkung, dessen Struktur in Abbildung (c) dargestellt ist. Das Elektronenlochpaar erhält genügend Energie unter der Wirkung des elektrischen Feldes innerhalb des Verdoppelungsbereichs, um mit dem Atom zu kollidieren, neue Elektronenlochpaare zu erzeugen, einen Lawineneffekt zu erzeugen und die Nichtgleichgewichtsträger im Material zu multiplizieren. Im Jahr 2013 verwendete George M MBE, um Gitter in die IngaAs und Inalas -Legierungen auf einem INP -Substrat zu steigern, wobei Änderungen der Legierungszusammensetzung, epitaxiale Schichtdicke und Dotierung der modulierten Trägerenergie zur Maximierung der Elektroschockionisation gleichzeitig die Lochionisation verwendet wurden. Bei der äquivalenten Ausgangssignalverstärkung zeigt APD ein niedrigeres Rauschen und einen niedrigeren Dunkelstrom. Im Jahr 2016 haben Sun Jianfeng et al. baute einen Satz von 1570 nm Laser -Active Imaging Experimental Platform basierend auf dem InGaas Avalanche -Fotodetektor. Der interne Schaltkreis vonAPD -FotodetektorEmpfangene Echos und direkt digitale Signale ausgeben, wodurch das gesamte Gerät kompakt ist. Die experimentellen Ergebnisse sind in Abb. 1 dargestellt. (d) und (e). Abbildung (d) ist ein physisches Foto des Bildgebungsziels, und Abbildung (e) ist ein dreidimensionales Entfernungsbild. Es ist deutlich zu erkennen, dass der Fensterbereich des Bereichs C eine bestimmte Tiefenentfernung mit Bereich A und B hat. Die Plattform realisiert die Impulsbreite von weniger als 10 ns, einzelne Impulsenergie (1 ~ 3) MJ einstellbar, empfangende Objektivfeldwinkel von 2 °, Wiederholungsfrequenz von 1 kHz und Detektorabgabeverhältnis von etwa 60%. Dank der internen Photostromverstärkung von APD, der schnellen Reaktion, der Kompaktgröße, der Haltbarkeit und der niedrigen Kosten können APD -Fotodetektoren eine Größenordnung in der Nachweisrate höher sein als Pin -Fotodetektoren, so
Insgesamt können wir mit der raschen Entwicklung der InGaaS-Vorbereitungstechnologie im In- und Ausland MBE, MOCVD, LPE und andere Technologien gekonnt einsetzen, um eine hochwertige Ingaas-epitaxiale Schicht auf INP-Substrat vorzubereiten. InGaAs -Fotodetektoren weisen einen niedrigen dunklen Strom und eine hohe Reaktionsfähigkeit auf, der niedrigste dunkle Strom ist niedriger als 0,75 Pa/μm², die maximale Reaktionsfähigkeit beträgt bis zu 0,57 A/W und hat eine schnelle transiente Reaktion (PS -Reihenfolge). Die zukünftige Entwicklung von InGaAs -Fotodetektoren wird sich auf die folgenden zwei Aspekte konzentrieren: (1) Ingaas -Epitaxialschicht wird direkt auf dem SI -Substrat angebaut. Derzeit basieren die meisten mikroelektronischen Geräte auf dem Markt auf Si, und die anschließende integrierte Entwicklung von InGaAs und Si ist der allgemeine Trend. Das Lösen von Problemen wie Gitterfehlanpassung und thermischer Expansionskoeffizientenunterschied ist für die Untersuchung von InGaAs/Si entscheidend; (2) Die 1550 -nm -Wellenlängentechnologie war reif, und die erweiterte Wellenlänge (2,0 ~ 2,5) μm ist die zukünftige Forschungsrichtung. Mit der Zunahme von Komponenten wird die Gitterfehlanpassung zwischen INP -Substrat und InGaAs -Epitaxialschicht zu schwerwiegenderen Versäumnissen und Defekten führen. Daher ist es erforderlich, die Vorgangsvorgangsparameter zu optimieren, die Gitterdefekte zu reduzieren und den Dunkelstrom des Geräts zu reduzieren.
Postzeit: Mai-06-2024