Muundo wa Kigunduzi cha Picha cha InGaAs

Muundo waKigunduzi cha Picha cha InGaAs
Tangu miaka ya 1980, watafiti wamekuwa wakisoma muundo wa vigunduzi vya foto vya InGaAs, ambavyo vinaweza kufupishwa katika aina tatu kuu: metali ya semiconductor ya InGaAs ya metalivigunduzi vya picha(MSM-PD), InGaAsVigunduzi vya picha vya PIN(PIN-PD), na InGaAsvigunduzi vya picha vya maporomoko ya theluji(APD-PD). Kuna tofauti kubwa katika mchakato wa uzalishaji na gharama ya vigunduzi vya picha vya InGaAs vyenye miundo tofauti, na pia kuna tofauti kubwa katika utendaji wa kifaa.
Mchoro wa kielelezo wa muundo wa kigunduzi cha picha cha metali cha semiconductor cha InGaAs unaonyeshwa kwenye mchoro, ambao ni muundo maalum unaotegemea makutano ya Schottky. Mnamo 1992, Shi et al. walitumia teknolojia ya epitaxy ya awamu ya mvuke ya metali yenye shinikizo la chini (LP-MOVPE) kukuza tabaka za epitaxial na kuandaa vigunduzi vya picha vya InGaAs MSM. Kifaa hiki kina mwitikio wa juu wa 0.42 A/W kwa urefu wa wimbi la 1.3 μ m na mkondo mweusi wa chini ya 5.6 pA/μ m² kwa 1.5 V. Mnamo 1996, watafiti walitumia epitaxy ya boriti ya molekuli ya awamu ya gesi (GSMBE) kukuza tabaka za epitaxial za InAlAs InGaAs InP, ambazo zilionyesha sifa za juu za upinzani. Hali za ukuaji ziliboreshwa kupitia vipimo vya mtawanyiko wa X-ray, na kusababisha kutolingana kwa kimiani kati ya tabaka za InGaAs na InAlAs ndani ya safu ya 1 × 10 ⁻ ³. Kwa hivyo, utendaji wa kifaa uliboreshwa, ukiwa na mkondo mweusi wa chini ya 0.75 pA/μ m² kwa 10 V na mwitikio wa haraka wa muda mfupi wa 16 ps kwa 5 V. Kwa ujumla, kigundua muundo wa MSM kina muundo rahisi na rahisi kuunganisha, kikionyesha mkondo mweusi wa chini (kiwango cha pA), lakini elektrodi ya chuma hupunguza eneo linalofaa la kunyonya mwanga la kifaa, na kusababisha mwitikio mdogo ikilinganishwa na miundo mingine.

Kigunduzi picha cha InGaAs PIN kina safu ya ndani iliyoingizwa kati ya safu ya mguso ya aina ya P na safu ya mguso ya aina ya N, kama inavyoonyeshwa kwenye mchoro, ambayo huongeza upana wa eneo la kupungua, na hivyo kutoa miale zaidi ya jozi za mashimo ya elektroni na kutengeneza mkondo mkubwa wa picha, hivyo kuonyesha upitishaji bora wa kielektroniki. Mnamo 2007, watafiti walitumia MBE kukuza tabaka za bafa zenye joto la chini, kuboresha ukali wa uso na kushinda kutolingana kwa kimiani kati ya Si na InP. Waliunganisha miundo ya PIN ya InGaAs kwenye substrates za InP kwa kutumia MOCVD, na mwitikio wa kifaa ulikuwa takriban 0.57 A/W. Mnamo 2011, watafiti walitumia vigunduzi picha vya PIN kutengeneza kifaa cha upigaji picha cha LiDAR cha masafa mafupi kwa ajili ya urambazaji, kuepuka vikwazo/mgongano, na kugundua/kutambua shabaha ya magari madogo ya ardhini yasiyo na rubani. Kifaa hicho kiliunganishwa na chipu ya kipaza sauti cha microwave cha bei ya chini, na kuboresha kwa kiasi kikubwa uwiano wa ishara-kwa-kelele wa vigunduzi picha vya InGaAs PIN. Kwa msingi huu, mnamo 2012, watafiti walitumia kifaa hiki cha upigaji picha cha LiDAR kwenye roboti, kikiwa na umbali wa kugundua wa zaidi ya mita 50 na azimio liliongezeka hadi 256 × 128.
Kigunduzi picha cha maporomoko ya theluji cha InGaAs ni aina ya kigunduzi picha chenye faida, kama inavyoonyeshwa kwenye mchoro wa muundo. Jozi za mashimo ya elektroni hupata nishati ya kutosha chini ya kitendo cha uwanja wa umeme ndani ya eneo la maporomoko ya theluji, na hugongana na atomi ili kutoa jozi mpya za mashimo ya elektroni, na kutengeneza athari ya maporomoko ya theluji na kuongeza maradufu vibebaji vya chaji visivyo vya usawa katika nyenzo. Mnamo 2013, watafiti walitumia MBE kukuza aloi za InGaAs na InAlAs zinazolingana na kimiani kwenye substrates za InP, wakibadilisha nishati ya kibebaji kupitia mabadiliko katika muundo wa aloi, unene wa safu ya epitaxial, na doping, wakiongeza ioni ya mshtuko wa umeme huku wakipunguza ioni ya mashimo. Chini ya ongezeko sawa la ishara ya pato, APD inaonyesha kelele ya chini na mkondo wa chini wa giza. Mnamo 2016, watafiti waliunda jukwaa la majaribio la upigaji picha wa leza wa 1570 nm kulingana na vigunduzi picha vya maporomoko ya theluji vya InGaAs. Mzunguko wa ndani waKigunduzi 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 katika Eneo la C lina umbali fulani wa kina kutoka Kanda A na B. Jukwaa hili linafikia upana wa mapigo wa chini ya ns 10, nishati ya mapigo moja inayoweza kurekebishwa (1-3) mJ, pembe ya mtazamo wa uwanja wa 2 ° kwa lenzi za kupitisha na kupokea, kiwango cha marudio cha 1 kHz, na mzunguko wa kazi ya kigunduzi wa takriban 60%. Shukrani kwa ongezeko la ndani la mkondo wa picha, mwitikio wa haraka, ukubwa mdogo, uimara, na gharama ya chini ya APD, vigunduzi vya picha vya APD vinaweza kufikia kiwango cha kugundua ambacho ni cha kiwango cha juu zaidi kuliko vigunduzi vya picha vya PIN. Kwa hivyo, kwa sasa rada kuu ya leza hutumia zaidi vigunduzi vya picha vya maporomoko ya theluji.