Muundo wa InGaAs photodetector

Muundo waKitambuzi cha picha cha InGaAs

Tangu miaka ya 1980, watafiti nyumbani na nje ya nchi wamesoma muundo wa InGaAs photodetectors, ambayo imegawanywa hasa katika aina tatu. Wao ni InGaAs metal-Semiconductor-metal photodetector (MSM-PD), InGaAs PIN Photodetector (PIN-PD), na InGaAs Avalanche Photodetector (APD-PD). Kuna tofauti kubwa katika mchakato wa kutengeneza na gharama ya vitambua picha vya InGaAs vilivyo na miundo tofauti, na pia kuna tofauti kubwa katika utendaji wa kifaa.

InGaAs chuma-semiconductor-chumakigundua picha, iliyoonyeshwa kwenye Kielelezo (a), ni muundo maalum kulingana na makutano ya Schottky. Mnamo 1992, Shi et al. ilitumia teknolojia ya kiwango cha chini cha shinikizo la metali-hai ya epitaksi ya awamu ya mvuke (LP-MOVPE) kukuza tabaka za epitaxy na kuandaa kigundua picha cha InGaAs MSM, ambacho kina mwitikio wa juu wa 0.42 A/W kwa urefu wa 1.3 μm na mkondo wa giza chini ya 5.6 pA/ μm² kwa 1.5 V. Mnamo 1996, zhang et al. ilitumia awamu ya gesi epitaksi ya molekuli ya molekuli (GSMBE) kukuza safu ya epitaxy ya InAlAs-InGaAs-InP. Safu ya InAlAs ilionyesha sifa za juu za upinzani, na hali ya ukuaji iliboreshwa kwa kipimo cha mgawanyiko wa X-ray, ili kutolingana kwa kimiani kati ya safu za InGaAs na InAlAs kuwe ndani ya safu ya 1×10⁻³. Hii husababisha utendakazi bora wa kifaa na mkondo wa giza chini ya 0.75 pA/μm² kwa 10 V na majibu ya muda mfupi ya haraka hadi ps 16 kwa 5 V. Kwa ujumla, kitambua picha cha muundo wa MSM ni rahisi na rahisi kuunganishwa, kinaonyesha mkondo wa giza wa chini (pA). ili), lakini electrode ya chuma itapunguza eneo la ufanisi la kunyonya mwanga wa kifaa, hivyo majibu ni ya chini kuliko miundo mingine.

Kitambuzi cha PIN cha InGaAs huingiza safu ya asili 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 kung'arisha jozi zaidi za mashimo ya elektroni na kutengeneza photocurrent kubwa, kwa hiyo ina utendaji bora wa upitishaji wa elektroni. Mnamo 2007, A.Poloczek et al. ilitumia MBE kukuza safu ya bafa ya halijoto ya chini ili kuboresha ukali wa uso na kuondokana na kutolingana kwa kimiani kati ya Si na InP. MOCVD ilitumika kuunganisha muundo wa PIN ya InGaAs kwenye substrate ya InP, na uwajibikaji wa kifaa ulikuwa takriban 0.57A /W. Mnamo mwaka wa 2011, Maabara ya Utafiti ya Jeshi (ALR) ilitumia vitambua picha vya PIN kuchunguza kipiga picha cha liDAR kwa urambazaji, vizuizi/kuepusha mgongano, na utambuzi/utambuzi wa shabaha wa masafa mafupi ya magari madogo ya ardhini ambayo hayana rubani, yaliyounganishwa na chipu ya gharama nafuu ya amplifier ya microwave. iliboresha kwa kiasi kikubwa uwiano wa mawimbi kwa kelele wa kitambua picha cha PIN cha InGaAs. Kwa msingi huu, mnamo 2012, ALR ilitumia taswira hii ya liDAR kwa roboti, zenye anuwai ya utambuzi wa zaidi ya m 50 na azimio la 256 × 128.

InGaAskigundua picha cha thelujini aina ya photodetector na faida, muundo ambao umeonyeshwa kwenye Kielelezo (c). Jozi ya shimo la elektroni hupata nishati ya kutosha chini ya utendakazi wa uwanja wa umeme ndani ya eneo linaloongezeka maradufu, ili kugongana na atomi, kutoa jozi mpya za shimo la elektroni, kuunda athari ya poromoko, na kuzidisha vibebaji visivyo na usawa kwenye nyenzo. . Mnamo mwaka wa 2013, George M alitumia MBE kukuza kimiani kilicholingana na InGaAs na aloi za InAlAs kwenye substrate ya InP, kwa kutumia mabadiliko katika muundo wa aloi, unene wa safu ya epitaxial, na doping kwa nishati ya mtoa huduma ili kuongeza ioni ya mshtuko wa kielektroniki huku ikipunguza uangazaji wa shimo. Katika ongezeko sawa la mawimbi, APD inaonyesha kelele ya chini na mkondo wa giza wa chini. Mnamo 2016, Sun Jianfeng et al. iliunda seti ya jukwaa la majaribio la upigaji picha amilifu la nm 1570 kulingana na kigundua maporomoko cha theluji cha InGaAs. Mzunguko wa ndani waKitambuzi cha picha cha APDilipokea mwangwi na kutoa mawimbi ya dijiti moja kwa moja, na kufanya kifaa kizima kuwa kigumu. Matokeo ya majaribio yanaonyeshwa kwenye FIG. (d) na (e). Kielelezo (d) ni picha halisi ya lengwa la picha, na Kielelezo (e) ni taswira ya umbali wa pande tatu. Inaweza kuonekana wazi kuwa 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 mpigo mmoja (1 ~ 3) mJ inayoweza kubadilishwa, kupokea uga wa lenzi Pembe ya 2 °, marudio ya marudio ya 1 kHz, uwiano wa wajibu wa detector wa karibu 60%. Shukrani kwa faida ya ndani ya APD ya upigaji picha wa sasa, majibu ya haraka, saizi iliyosongwa, uimara na gharama ya chini, vigunduzi vya picha vya APD vinaweza kuwa na kiwango cha juu zaidi cha utambuzi kuliko vitambua picha vya PIN, kwa hivyo liDAR ya sasa ya kawaida inatawaliwa zaidi na vigundua picha vya maporomoko ya theluji.

Kwa ujumla, pamoja na maendeleo ya haraka ya teknolojia ya maandalizi ya InGaAs nyumbani na nje ya nchi, tunaweza kutumia kwa ustadi MBE, MOCVD, LPE na teknolojia nyingine ili kuandaa safu ya eneo kubwa ya ubora wa juu ya InGaAs kwenye substrate ya InP. Vitambua picha vya InGaAs vinaonyesha mwitikio wa giza wa chini na wa hali ya juu, mkondo wa giza wa chini kabisa ni chini ya 0.75 pA/μm², kiwango cha juu cha mwitikio ni hadi 0.57 A/W, na kina jibu la muda mfupi (ps order). Uendelezaji wa siku zijazo wa vigundua picha vya InGaAs utazingatia vipengele viwili vifuatavyo: (1) InGaAs epitaxial layer inakuzwa moja kwa moja kwenye substrate ya Si. Kwa sasa, vifaa vingi vya kielektroniki kwenye soko ni vya Si, na maendeleo yaliyojumuishwa ya InGaAs na Si msingi ndio mwelekeo wa jumla. Kutatua matatizo kama vile kutolingana kwa kimiani na tofauti ya mgawo wa upanuzi wa mafuta ni muhimu kwa utafiti wa InGaAs/Si; (2) Teknolojia ya urefu wa nm 1550 imekomaa, na urefu uliopanuliwa (2.0 ~ 2.5) μm ni mwelekeo wa utafiti wa siku zijazo. Pamoja na ongezeko la Vipengee vya In, kimiani kutolingana 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 wa giza wa kifaa.