Struttura diIngaas PhotoDetector
Dagli anni '80, i ricercatori in patria e all'estero hanno studiato la struttura dei fotodettori Ingaas, che sono principalmente divisi in tre tipi. Sono Ingaas Metal-Semiconductor-Metal PhotoDetector (MSM-PD), PhotoDetector InGAAS PIN (PIN-PD) e PhotoDetector di valanghe InGAAS (APD-PD). Esistono differenze significative nel processo di fabbricazione e nei costi dei fotodettori Ingaas con strutture diverse e ci sono anche grandi differenze nelle prestazioni del dispositivo.
Il metallo metallo-metallo in ingaasFotoDetector, mostrato nella figura (a), è una struttura speciale basata sulla giunzione di Schottky. Nel 1992, Shi et al. La tecnologia di epitassia della fase vapore metallo-organica a bassa pressione (LP-MOVPE) per coltivare strati di epitassia e preparato fotodettatore MSM in Ingaas, che ha un'alta reattività di 0,42 a/ W a una lunghezza d'onda di 1,3 μm e una corrente scura inferiore a 5,6 pa/ μm μm a 1,5 V. nel 1996, Zhang et al. Epitassia del raggio molecolare della fase gassosa utilizzata (GSMBE) per far crescere lo strato di epitassia INALAS-INGAAS-INP. Lo strato INALAS ha mostrato caratteristiche elevate di resistività e le condizioni di crescita sono state ottimizzate dalla misurazione della diffrazione dei raggi X, in modo che la mancata corrispondenza reticolare tra ingaas e strati di inalas rientrasse nell'intervallo di 1 × 10⁻³. Ciò si traduce in prestazioni ottimizzate del dispositivo con corrente scura inferiore a 0,75 pa/μm² a 10 V e una risposta transitoria rapida fino a 16 ps a 5 V. Nel complesso, il fotodettore della struttura MSM è semplice e facile da integrare, mostrando una corrente scura bassa (ordine PA), ma l'elettrodo metallico ridurrà l'area di assorbimento della luce efficace del dispositivo, quindi la risposta è inferiore rispetto ad altre strutture.
Il fotodettore Pin InGAAS inserisce uno strato intrinseco tra lo strato di contatto di tipo P e lo strato di contatto di tipo N, come mostrato nella figura (B), che aumenta la larghezza della regione di esaurimento, irradiando così più coppie di buchi elettronici e formando una fotocurrente più ampia, quindi ha un'eccellente prestazione di conduzione elettronica. Nel 2007, A.Poloczek et al. Utilizzato MBE per coltivare uno strato tampone a bassa temperatura per migliorare la rugosità superficiale e superare la mancata corrispondenza reticolare tra SI e INP. MOCVD è stato utilizzato per integrare la struttura dei pin InGAAS sul substrato INP e la reattività del dispositivo era di circa 0,57a /w. Nel 2011, il laboratorio di ricerca dell'esercito (ALR) ha utilizzato fotodettori a perni per studiare un Lidar Imager per la navigazione, evitare gli ostacoli/collisione e il rilevamento/identificazione target a corto raggio per piccoli veicoli a terra senza pilota, integrati con un chip di amplificatore a microonde a basso costo che ha migliorato significativamente il rapporto segnale-rumore del fotodettore PIN in Ingaas. Su questa base, nel 2012, ALR ha utilizzato questo Lidar Imager per i robot, con un intervallo di rilevamento di oltre 50 m e una risoluzione di 256 × 128.
Le IngaasFotoDetector di valangheè una specie di fotoDetettore con guadagno, la cui struttura è mostrata nella Figura (C). La coppia di buchi elettronici ottiene abbastanza energia sotto l'azione del campo elettrico all'interno della regione di raddoppio, in modo da scontrarsi con l'atomo, generare nuove coppie di buchi elettronici, formare un effetto valanghe e moltiplicare i vettori di non equilibrio nel materiale. Nel 2013, George M ha utilizzato MBE per coltivare Ingaas e leghe Inalas abbinate a reticolo su un substrato INP, usando cambiamenti nella composizione in lega, spessore dello strato epitassiale e doping all'energia portante modulata per massimizzare la ionizzazione dell'elettroshock minimizzando il minimizzazione dell'ionizzazione del foro. Al guadagno del segnale di uscita equivalente, APD mostra un rumore inferiore e una corrente scura inferiore. Nel 2016, Sun Jianfeng et al. ha costruito un set di piattaforma sperimentale di imaging attivo laser da 1570 nm basato sul fotodettore di valanghe Ingaas. Il circuito interno diPhotoDetector APDEco ricevuti e segnali digitali in uscita direttamente, rendendo compatto l'intero dispositivo. I risultati sperimentali sono mostrati in FIG. (d) ed (e). La figura (d) è una foto fisica del bersaglio di imaging e la figura (e) è un'immagine a distanza tridimensionale. Si può vedere chiaramente che l'area della finestra dell'area C ha una certa distanza di profondità con l'area A e B. La piattaforma realizza la larghezza dell'impulso inferiore a 10 ns, energia a impulso singolo (1 ~ 3) MJ regolabile, ricezione dell'angolo di campo dell'obiettivo di 2 °, frequenza di ripetizione di 1 kHz, rapporto di dazio del rilevatore di circa il 60%. Grazie al guadagno fotocorrente interno di APD, alla risposta rapida, alla dimensione compatta, alla durata e ai fotodettori APD a basso costo, possono essere un ordine di magnitudo più elevato nella velocità di rilevamento rispetto ai fotodettori a spillo, quindi l'attuale lidar mainstream è principalmente dominato dai fototetettori di valanghe.
Nel complesso, con il rapido sviluppo della tecnologia di preparazione InGAAS in patria e all'estero, possiamo abilmente utilizzare MBE, MOCVD, LPE e altre tecnologie per preparare lo strato epitassiale InGAA di alta qualità di grande area su substrato INP. I fototetettori Ingaas mostrano una bassa corrente scura e un'elevata reattività, la corrente scura più bassa è inferiore a 0,75 pa/μm², la reattività massima è fino a 0,57 a/w e ha una risposta transitoria rapida (ordine PS). Il futuro sviluppo dei fotodettori Ingaas si concentrerà sui seguenti due aspetti: (1) InGaAS Epitassial Layer viene coltivato direttamente sul substrato SI. Allo stato attuale, la maggior parte dei dispositivi microelettronici sul mercato sono basati su SI e il successivo sviluppo integrato di InGAAS e basato su SI è la tendenza generale. Risolvere problemi come la mancata corrispondenza reticolare e la differenza del coefficiente di espansione termica è cruciale per lo studio di Ingaas/Si; (2) La tecnologia di lunghezza d'onda di 1550 nm è stata matura e la lunghezza d'onda estesa (2,0 ~ 2,5) μm è la direzione di ricerca futura. Con l'aumento dei componenti, la mancata corrispondenza reticolare tra substrato INP e InGAAS Epitassiale porterà a dislocazione e difetti più gravi, quindi è necessario ottimizzare i parametri di processo del dispositivo, ridurre i difetti reticolari e ridurre la corrente scura del dispositivo.
Tempo post: maggio-06-2024