RakenneInGaAs-valodetektori
1980-luvulta lähtien tutkijat kotimaassa ja ulkomailla ovat tutkineet InGaAs-valodetektorien rakennetta, jotka on jaettu pääasiassa kolmeen tyyppiin. Ne ovat InGaAs metalli-Semiconductor-metal -valoilmaisin (MSM-PD), InGaAs PIN-valoilmaisin (PIN-PD) ja InGaAs Avalanche Photodetector (APD-PD). Erirakenteisten InGaAs-valodetektorien valmistusprosessissa ja kustannuksissa on merkittäviä eroja, ja myös laitteiden suorituskyvyssä on suuria eroja.
InGaAs metalli-puolijohde-metallivalonilmaisinKuvassa (a) esitetty erityinen rakenne, joka perustuu Schottkyn risteykseen. Vuonna 1992 Shi et ai. käytti matalapaineista metalli-orgaanista höyryfaasiepitaksitekniikkaa (LP-MOVPE) epitaksikerrosten kasvattamiseen ja valmisti InGaAs MSM-valodetektoria, jolla on korkea herkkyys 0,42 A/W aallonpituudella 1,3 μm ja tumma virta alle 5,6 pA/ μm² 1,5 V:lla. Vuonna 1996 zhang et al. käytti kaasufaasimolekyylisuihkuepitaksia (GSMBE) InAlAs-InGaAs-InP-epitaksiakerroksen kasvattamiseen. InAlAs-kerroksella oli korkeat ominaisvastusominaisuudet, ja kasvuolosuhteet optimoitiin röntgendiffraktiomittauksella siten, että InGaAs- ja InAlAs-kerrosten välinen hilaepäsopivuus oli alueella 1 × 10-3. Tämä johtaa laitteen optimoituun suorituskykyyn tummalla virralla alle 0,75 pA/μm² 10 V jännitteellä ja nopealla transienttivasteella jopa 16 ps 5 V:lla. Kaiken kaikkiaan MSM-rakenteen valoanturi on yksinkertainen ja helppo integroida, ja se näyttää matalan tummavirran (pA) tilaus), mutta metallielektrodi vähentää laitteen tehollista valon absorptioaluetta, joten vaste on pienempi kuin muissa rakenteissa.
InGaAs PIN-valodetektori lisää P-tyypin kontaktikerroksen ja N-tyypin kontaktikerroksen väliin luontaisen kerroksen, kuten kuvassa (b) näkyy, mikä lisää tyhjennysalueen leveyttä, jolloin se säteilee enemmän elektronireikäpareja ja muodostaa suurempi valovirta, joten sillä on erinomainen elektroninjohtavuus. Vuonna 2007 A.Poloczek et al. käytti MBE:tä matalan lämpötilan puskurikerroksen kasvattamiseen pinnan karheuden parantamiseksi ja Si:n ja InP:n välisen ristikon eron poistamiseksi. MOCVD:llä integroitiin InGaAs PIN-rakenne InP-substraatille, ja laitteen herkkyys oli noin 0,57A/W. Vuonna 2011 armeijan tutkimuslaboratorio (ALR) käytti PIN-valotunnistimia tutkiakseen liDAR-kuvauslaitetta navigointiin, esteiden/törmäysten välttämiseen sekä pienten miehittämättömien maa-ajoneuvojen lyhyen kantaman kohteen havaitsemiseen/tunnistukseen integroituna edulliseen mikroaaltovahvistimeen, joka paransi merkittävästi InGaAs PIN -valotunnistimen signaali-kohinasuhdetta. Tällä perusteella ALR käytti vuonna 2012 tätä liDAR-kuvalaitetta roboteille, jonka tunnistusetäisyys oli yli 50 metriä ja resoluutio 256 × 128.
InGaAslumivyöryvaloilmaisinon eräänlainen vahvistuksellinen valodetektori, jonka rakenne on esitetty kuvassa (c). Elektroni-aukko-pari saa riittävästi energiaa sähkökentän vaikutuksesta kaksinkertaistuvan alueen sisällä, jotta se törmää atomiin, synnyttää uusia elektroni-aukko-pareja, muodostaa lumivyöryefektin ja moninkertaistaa materiaalissa olevat epätasapainokantajat . Vuonna 2013 George M käytti MBE:tä kasvattaakseen ristikon InGaAs- ja InAlAs-seoksia InP-substraatilla käyttämällä muutoksia seoksen koostumuksessa, epitaksiaalisessa kerroksen paksuudessa ja moduloituun kantajaenergiaan dopingin avulla maksimoidakseen sähköshokkiionisaatiota ja minimoimalla reiän ionisaatiota. Vastaavalla lähtösignaalin vahvistuksella APD näyttää alhaisemman melun ja alhaisemman tummavirran. Vuonna 2016 Sun Jianfeng et al. rakensi sarjan 1570 nm:n laseraktiivisen kuvantamisen kokeellista alustaa, joka perustuu InGaAs-lumivyöryvalodetektoriin. Sisäinen piiriAPD-valodetektorivastaanotetut kaiut ja lähettävät suoraan digitaalisia signaaleja, mikä tekee koko laitteesta kompaktin. Koetulokset on esitetty kuviossa 1. (d) ja (e). Kuva (d) on fyysinen valokuva kuvauskohteesta ja kuva (e) on kolmiulotteinen etäisyyskuva. Voidaan selvästi nähdä, että alueen c ikkuna-alueella on tietty syvyysetäisyys alueisiin A ja b. Alusta toteuttaa pulssin leveyden alle 10 ns, yhden pulssin energia (1 ~ 3) mJ säädettävissä, vastaanottava linssikenttä Kulma 2°, toistotaajuus 1 kHz, ilmaisimen käyttösuhde noin 60%. APD:n sisäisen valovirran vahvistuksen, nopean vasteen, kompaktin koon, kestävyyden ja alhaisten kustannusten ansiosta APD-valoilmaisimien havaitsemisnopeus voi olla suuruusluokkaa korkeampi kuin PIN-valotunnistimien, joten nykyistä valtavirran liDAR-järjestelmää hallitsevat pääasiassa lumivyöryvaloilmaisimet.
Kaiken kaikkiaan InGaAs-valmistusteknologian nopean kehityksen myötä kotimaassa ja ulkomailla voimme käyttää taitavasti MBE-, MOCVD-, LPE- ja muita teknologioita valmistaaksemme laajan alueen korkealaatuisen InGaAs-epitaksiaalikerroksen InP-substraatille. InGaAs-valodetektoreissa on alhainen tumma virta ja korkea herkkyys, pienin tumma virta on alle 0,75 pA/μm², maksimivaste on jopa 0,57 A/W ja niillä on nopea transienttivaste (ps-luokka). InGaAs-valodetektorien tuleva kehitys keskittyy seuraaviin kahteen näkökohtaan: (1) InGaAs-epitaksiaalinen kerros kasvatetaan suoraan Si-substraatille. Tällä hetkellä suurin osa markkinoilla olevista mikroelektroniikkalaitteista on Si-pohjaisia, ja myöhempi InGaAs- ja Si-pohjaisten integroitu kehitys on yleinen suuntaus. Ongelmien, kuten ristikon yhteensopimattomuuden ja lämpölaajenemiskertoimien eron ratkaiseminen on ratkaisevan tärkeää InGaAs/Si:n tutkimuksessa; (2) 1550 nm:n aallonpituusteknologia on kypsä, ja pidennetty aallonpituus (2,0 ~ 2,5) μm on tulevaisuuden tutkimussuunta. In-komponenttien lisääntyessä InP-substraatin ja InGaAs-epitaksisen kerroksen välinen hila-epäsopivuus johtaa vakavampiin dislokaatioihin ja virheisiin, joten on välttämätöntä optimoida laitteen prosessiparametrit, vähentää hilavirheitä ja vähentää laitteen pimeää virtaa.
Postitusaika: 06-06-2024