StructuraFotodetector Ingaas
Începând cu anii 1980, cercetătorii de acasă și în străinătate au studiat structura fotodetectoarelor Ingaas, care sunt împărțite în principal în trei tipuri. Sunt Fotodetector metal-metal-metal Ingaas (MSM-PD), fotodetector cu pini Ingaas (PIN-PD) și Fotodetector Ingaas Avalanche (APD-PD). Există diferențe semnificative în procesul de fabricație și costul fotodetectoarelor InGaAS cu diferite structuri și există, de asemenea, diferențe mari în ceea ce privește performanța dispozitivului.
Ingaas metal-semiconductor-metalfotodetector, prezentat în figura (a), este o structură specială bazată pe joncțiunea Schottky. În 1992, Shi și colab. a utilizat tehnologia de epitaxie cu fază de vapori metal-organică de joasă presiune (LP-MOVPE) pentru a crește straturi de epitaxie și a preparat fotodetector INGAAS MSM, care are o reacție ridicată de 0,42 A/ W la o lungime de undă de 1,3 μm și un curent întunecat mai mic de 5,6 PA/ μm² la 1,5 V. în 1996, Zhang și colab. a utilizat epitaxia fasciculului molecular cu fază gazoasă (GSMBE) pentru a crește stratul de epitaxie inalas-inalas-INP. Stratul de inalas a arătat caracteristici de rezistivitate ridicate, iar condițiile de creștere au fost optimizate prin măsurarea difracției de raze X, astfel încât nepotrivirea zăbrelei dintre straturile IngaAS și Inalas a fost în intervalul 1 × 10⁻³. Acest lucru duce la performanța optimizată a dispozitivului, cu un curent întunecat sub 0,75 PA/μm² la 10 V și răspuns tranzitoriu rapid până la 16 ps la 5 V. În general, fotodetetorul structurii MSM este simplu și ușor de integrat, arătând un curent întunecat scăzut (comandă PA), dar electrodul metalic va reduce zona eficientă de absorbție a luminii a dispozitivului, astfel încât răspunsul este mai mic decât alte structuri.
Fotodetectorul Pin InGaAS introduce un strat intrinsec între stratul de contact de tip p și stratul de contact de tip N, așa cum se arată în figura (b), care crește lățimea regiunii de epuizare, radiatând astfel mai multe perechi de electroni și formând un fotocurrent mai mare, astfel încât are o performanță excelentă de conducere a electronilor. În 2007, A.Poloczek și colab. a folosit MBE pentru a crește un strat tampon la temperaturi scăzute pentru a îmbunătăți rugozitatea suprafeței și pentru a depăși nepotrivirea dintre Si și INP. MOCVD a fost utilizat pentru a integra structura pinului InGAAS pe substratul INP, iar receptivitatea dispozitivului a fost de aproximativ 0,57A /W. În 2011, Laboratorul de Cercetare a Armatei (ALR) a folosit fotodetectoare cu pini pentru a studia un imagist lidar pentru navigație, evitarea obstacolelor/coliziunea și detectarea/identificarea țintei scurte pentru vehicule la sol fără pilot, integrată cu un cip de amplificator cu microunde cu costuri reduse, care a îmbunătățit semnificativ raportul semnal-anee al fotodectorului Pin Ingaas. Pe această bază, în 2012, ALR a folosit acest imagist Lidar pentru roboți, cu o gamă de detectare mai mare de 50 m și o rezoluție de 256 × 128.
IngaasFotodetector de avalanșăeste un fel de fotodetector cu câștig, a cărui structură este prezentată în figura (c). Perechea de gaură de electroni obține suficientă energie sub acțiunea câmpului electric din interiorul regiunii de dublare, astfel încât să se ciocnească cu atomul, să genereze noi perechi de electroni, să formeze un efect de avalanșă și să se înmulțească purtătorii de non-echilibru din material. În 2013, George M a folosit MBE pentru a cultiva aliaje Ingaas și inalas potrivite pe un substrat INP, folosind modificări în compoziția aliajului, grosimea stratului epitaxial și dopajul la energia purtătoare modulată pentru a maximiza ionizarea electroshock în timp ce minimizând ionizarea găurilor. La câștigul de semnal de ieșire echivalent, APD prezintă zgomot mai mic și curent întunecat mai mic. În 2016, Sun Jianfeng și colab. a construit un set de platformă experimentală de imagistică activă laser de 1570 nm bazată pe fotodetector Ingaas Avalanche. Circuitul intern alFotodetector APDecouri primite și semnale digitale de ieșire direct, ceea ce face ca întregul dispozitiv să fie compact. Rezultatele experimentale sunt prezentate în fig. (d) și (e). Figura (D) este o fotografie fizică a țintei imagistice, iar figura (E) este o imagine la distanță tridimensională. Se poate observa clar că zona ferestrei zonei C are o anumită distanță de adâncime cu zona A și B. Platforma realizează lățimea pulsului mai mică de 10 ns, energie cu un singur impuls (1 ~ 3) reglabilă MJ, primind unghiul de câmp de lentilă de 2 °, frecvența de repetare de 1 kHz, raport de serviciu de detector de aproximativ 60%. Datorită câștigului fotocurent intern al APD, a răspunsului rapid, a mărimii compacte, a durabilității și a costurilor reduse, fotodetectoarele APD pot fi un ordin de mărime mai mare în rata de detectare decât fotodetectoarele cu pini, astfel încât actualul lidar principal este dominat în principal de fotodetectoare de avalanșă.
În general, odată cu dezvoltarea rapidă a tehnologiei de preparare Ingaas la domiciliu și în străinătate, putem folosi cu îndemânare MBE, MOCVD, LPE și alte tehnologii pentru a pregăti stratul epitaxial Ingaas de înaltă calitate pe substratul INP. Fotodetectoarele InGaAS prezintă un curent întunecat scăzut și o reacție ridicată, cel mai mic curent întunecat este mai mic de 0,75 PA/μm², receptivitatea maximă este de până la 0,57 A/W și are un răspuns tranzitoriu rapid (ordinea PS). Dezvoltarea viitoare a fotodetectoarelor Ingaas se va concentra pe următoarele două aspecte: (1) stratul epitaxial Ingaas este cultivat direct pe substratul SI. În prezent, majoritatea dispozitivelor microelectronice de pe piață se bazează pe SI, iar dezvoltarea integrată ulterioară a InGAAS și SI bazată este tendința generală. Rezolvarea problemelor, cum ar fi nepotrivirea zăbrelei și diferența coeficientului de expansiune termică este crucială pentru studiul InGAAS/SI; (2) Tehnologia lungimii de undă de 1550 nm a fost matură, iar lungimea de undă extinsă (2,0 ~ 2,5) μM este direcția viitoare de cercetare. Odată cu creșterea componentelor, nepotrivirea zăbrelei dintre substratul INP și stratul epitaxial InGAAS va duce la dislocare și defecte mai grave, astfel încât este necesară optimizarea parametrilor procesului dispozitivului, reducerea defectelor de rețea și reducerea curentului întunecat.
Timpul post: 06-2024 mai