Muundo wa kigunduzi cha picha cha InGaAs

Muundo waKigunduzi picha cha InGaAs

Tangu miaka ya 1980, watafiti wa ndani na nje ya nchi wamesoma muundo wa vigunduzi vya picha vya InGaAs, ambavyo vimegawanywa katika aina tatu. Ni kigunduzi cha picha cha InGaAs metal-Semiconductor-metal (MSM-PD), Kigunduzi cha PIN cha InGaAs (PIN-PD), na Kigunduzi cha Picha cha Avalanche cha InGaAs (APD-PD). Kuna tofauti kubwa katika mchakato wa utengenezaji na gharama ya vigunduzi vya picha vya InGaAs vyenye miundo tofauti, na pia kuna tofauti kubwa katika utendaji wa kifaa.

Chuma-nukondakta-chuma cha InGaAskigunduzi cha picha, inayoonyeshwa kwenye Mchoro (a), ni muundo maalum unaotegemea makutano ya Schottky. Mnamo 1992, Shi na wenzake walitumia teknolojia ya epitaksi ya awamu ya mvuke ya metali-kikaboni yenye shinikizo la chini (LP-MOVPE) kukuza tabaka za epitaksi na kigunduzi cha picha cha InGaAs MSM kilichoandaliwa, ambacho kina mwitikio wa juu wa 0.42 A/W kwa urefu wa wimbi la 1.3 μm na mkondo mweusi chini ya 5.6 pA/μm² kwa 1.5 V. Mnamo 1996, zhang na wenzake walitumia epitaksi ya boriti ya molekuli ya awamu ya gesi (GSMBE) kukuza safu ya epitaksi ya InAlAs-InGaAs-InP. Safu ya InAlAs ilionyesha sifa za juu za upinzani, na hali za ukuaji ziliboreshwa kwa kipimo cha mtawanyiko wa X-ray, ili kutolingana kwa kimiani kati ya tabaka za InGaAs na InAlAs kulikuwa ndani ya safu ya 1×10⁻³. Hii husababisha utendaji bora wa kifaa kikiwa na mkondo mweusi chini ya 0.75 pA/μm² kwa 10 V na mwitikio wa haraka wa muda mfupi hadi 16 ps kwa 5 V. Kwa ujumla, kigunduzi cha muundo wa MSM ni rahisi na rahisi kuunganisha, kinaonyesha mkondo mweusi mdogo (mpangilio wa pA), lakini elektrodi ya chuma itapunguza eneo linalofaa la kunyonya mwanga la kifaa, kwa hivyo mwitikio ni mdogo kuliko miundo mingine.

Kigunduzi picha cha InGaAs PIN huingiza safu ya ndani kati ya safu ya mguso ya aina ya P na safu ya mguso ya aina ya N, kama inavyoonyeshwa kwenye Mchoro (b), ambayo huongeza upana wa eneo la kupungua, hivyo kutoa miale zaidi ya jozi za elektroni-shimo na kutengeneza mkondo mkubwa wa picha, kwa hivyo ina utendaji bora wa upitishaji wa elektroni. Mnamo 2007, A.Poloczek et al. walitumia MBE kukuza safu ya bafa ya halijoto ya chini ili kuboresha ukali wa uso na kushinda kutolingana kwa kimiani kati ya Si na InP. MOCVD ilitumika kuunganisha muundo wa PIN ya InGaAs kwenye substrate ya InP, na mwitikio wa kifaa ulikuwa kama 0.57A /W. Mnamo 2011, Maabara ya Utafiti wa Jeshi (ALR) ilitumia vigunduzi picha vya PIN kusoma kipiga picha cha liDAR kwa ajili ya urambazaji, kuepuka vikwazo/mgongano, na kugundua/kutambua shabaha za masafa mafupi kwa magari madogo yasiyo na rubani ya ardhini, yaliyounganishwa na chipu ya amplifier ya microwave ya gharama nafuu ambayo iliboresha kwa kiasi kikubwa uwiano wa ishara-kwa-kelele wa kigunduzi picha cha InGaAs PIN. Kwa msingi huu, mnamo 2012, ALR ilitumia kipiga picha hiki cha liDAR kwa roboti, chenye kiwango cha kugundua cha zaidi ya mita 50 na azimio la 256 × 128.

InGaAskigunduzi cha picha cha maporomoko ya thelujini aina ya kigunduzi cha picha chenye faida, muundo wake ambao umeonyeshwa kwenye Mchoro (c). Jozi ya elektroni-shimo hupata nishati ya kutosha chini ya kitendo cha uwanja wa umeme ndani ya eneo linalojirudia, ili kugongana na atomi, kutoa jozi mpya za elektroni-shimo, kuunda athari ya maporomoko ya theluji, na kuzidisha vibebaji visivyo vya usawa katika nyenzo. Mnamo 2013, George M alitumia MBE kukuza aloi za InGaAs na InAlAs zinazolingana na kimiani kwenye substrate ya InP, akitumia mabadiliko katika muundo wa aloi, unene wa safu ya epitaxial, na doping kwa nishati ya kibebaji iliyorekebishwa ili kuongeza ioni ya mshtuko wa umeme huku ikipunguza ioni ya shimo. Katika ongezeko sawa la ishara ya pato, APD inaonyesha kelele ya chini na mkondo wa giza wa chini. Mnamo 2016, Sun Jianfeng et al. waliunda seti ya jukwaa la majaribio la upigaji picha wa leza wa 1570 nm kulingana na kigunduzi cha maporomoko ya theluji cha InGaAs. Saketi ya ndani yaKigunduzi cha picha cha APDMwangwi uliopokelewa na kutoa ishara za kidijitali moja kwa moja, na kufanya kifaa kizima kuwa kidogo. Matokeo ya majaribio yanaonyeshwa katika Mchoro (d) na (e). Mchoro (d) ni picha halisi ya shabaha ya upigaji picha, na Mchoro (e) ni picha ya umbali wa pande tatu. Inaweza kuonekana wazi kwamba eneo la dirisha la eneo c lina umbali fulani wa kina na eneo A na b. Jukwaa hutambua upana wa mapigo chini ya ns 10, nishati ya mapigo moja (1 ~ 3) mJ inayoweza kurekebishwa, uwanja wa lenzi unaopokea Pembe ya 2°, masafa ya marudio ya 1 kHz, uwiano wa wajibu wa kigunduzi wa takriban 60%. Shukrani kwa faida ya ndani ya mkondo wa picha wa APD, mwitikio wa haraka, ukubwa mdogo, uimara na gharama ya chini, vigunduzi vya picha vya APD vinaweza kuwa na kiwango cha juu zaidi katika kiwango cha kugundua kuliko vigunduzi vya picha vya PIN, kwa hivyo liDAR kuu ya sasa inaongozwa zaidi na vigunduzi vya picha vya maporomoko ya theluji.

Kwa ujumla, kwa maendeleo ya haraka ya teknolojia ya maandalizi ya InGaAs nyumbani na nje ya nchi, tunaweza kutumia kwa ustadi teknolojia za MBE, MOCVD, LPE na teknolojia zingine kuandaa safu kubwa ya epitaxial ya InGaAs yenye ubora wa juu kwenye substrate ya InP. Vigunduzi vya picha vya InGaAs huonyesha mkondo mdogo wa giza na mwitikio wa juu, mkondo wa chini kabisa wa giza ni chini ya 0.75 pA/μm², mwitikio wa juu ni hadi 0.57 A/W, na ina mwitikio wa haraka wa muda mfupi (mstari wa ps). Maendeleo ya baadaye ya vigunduzi vya picha vya InGaAs yatazingatia vipengele viwili vifuatavyo: (1) Safu ya epitaxial ya InGaAs imekuzwa moja kwa moja kwenye substrate ya Si. Kwa sasa, vifaa vingi vya kielektroniki sokoni vimejengwa kwa Si, na maendeleo jumuishi ya baadaye ya InGaAs na Si yamejengwa kwa msingi wa mwenendo wa jumla. Kutatua matatizo kama vile kutolingana kwa kimiani na tofauti ya mgawo wa upanuzi wa joto ni muhimu kwa utafiti wa InGaAs/Si; (2) Teknolojia ya urefu wa wimbi la 1550 nm imekomaa, na urefu wa wimbi uliopanuliwa (2.0 ~ 2.5) μm ndio mwelekeo wa utafiti wa siku zijazo. Kwa kuongezeka kwa vipengele vya In, kutolingana kwa kimiani kati ya substrate ya InP na safu ya epitaxial ya InGaAs kutasababisha kutengana na kasoro kubwa zaidi, kwa hivyo ni muhimu kuboresha vigezo vya mchakato wa kifaa, kupunguza kasoro za kimiani, na kupunguza mkondo mweusi wa kifaa.