Δομή τουΦωτοανιχνευτής INGAAS
Από τη δεκαετία του 1980, οι ερευνητές στο εσωτερικό και στο εξωτερικό έχουν μελετήσει τη δομή των φωτοανόδειρων Ingaas, οι οποίοι χωρίζονται κυρίως σε τρεις τύπους. Πρόκειται για φωτοανιχνευτή μεταλλικού-semy-semonductor-metal (MSM-PD), φωτοανιχνευτή PIN PIN (PIN-PD) και φωτοανιχνευτή IngaAS Avalanche (APD-PD). Υπάρχουν σημαντικές διαφορές στη διαδικασία κατασκευής και το κόστος των φωτοανιχνευτών IngaAs με διαφορετικές δομές και υπάρχουν επίσης μεγάλες διαφορές στην απόδοση της συσκευής.
Το Ingaas Metal-Semiconductor-Metalφωτοανιχνευτής, που φαίνεται στο σχήμα (α), είναι μια ειδική δομή που βασίζεται στη διασταύρωση Schottky. Το 1992, οι Shi et αϊ. Χρησιμοποιήθηκε τεχνολογία επιταξίας φάσης χαμηλής πίεσης (LP-MoVPE) για την ανάπτυξη στρώσεων επιταξίας και παρασκευασμένη φωτοδιάτατη IngaAS MSM, η οποία έχει υψηλή ανταπόκριση 0,42 Α/ W σε μήκος κύματος 1,3 μm και σκούρο ρεύμα χαμηλότερα από 5,6 PA/ μm² στο 1,5 V. το 1996, Zhang et al. Χρησιμοποιήθηκε επιταξία μοριακής δέσμης αερίου (GSMBE) για να αναπτυχθεί το στρώμα επιταξίας Inalas-ingaas-inp. Το στρώμα Inalas έδειξε υψηλά χαρακτηριστικά αντίστασης και οι συνθήκες ανάπτυξης βελτιστοποιήθηκαν με μέτρηση περίθλασης ακτίνων Χ, έτσι ώστε η αναντιστοιχία του πλέγματος μεταξύ των στρώσεων Ingaas και Inalas να βρίσκεται εντός της περιοχής 1 × 10⁻3. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα τη βελτιστοποιημένη απόδοση της συσκευής με σκοτεινό ρεύμα κάτω από 0,75 PA/μm² σε 10 V και γρήγορη μεταβατική απόκριση έως 16 ps στα 5 V. Σε γενικές γραμμές, ο φωτοανιχνευτής δομής MSM είναι απλή και εύκολη στην ενσωμάτωση, δείχνοντας χαμηλό σκούρο ρεύμα (σειρά PA).
Ο φωτοανιχνευτής PIN του IngaAS εισάγει ένα εγγενές στρώμα μεταξύ του στρώματος επαφής του τύπου Ρ και του στρώματος επαφής τύπου Ν, όπως φαίνεται στο σχήμα (b), το οποίο αυξάνει το πλάτος της περιοχής εξάντλησης, ακτινοβολώντας έτσι περισσότερα ζεύγη ηλεκτρονίων-οπών και σχηματίζοντας ένα μεγαλύτερο φωτοβολτό, έτσι έχει εξαιρετική απόδοση ηλεκτρονικής αγωγιμότητας. Το 2007, οι A.Poloczek et αϊ. Χρησιμοποιήθηκε MBE για να αναπτύξει ένα στρώμα ρυθμιστικού διαλύματος χαμηλής θερμοκρασίας για να βελτιώσει την τραχύτητα της επιφάνειας και να ξεπεράσει την αναντιστοιχία του πλέγματος μεταξύ SI και INP. Το MOCVD χρησιμοποιήθηκε για την ενσωμάτωση της δομής PIN του IngaAS στο υπόστρωμα INP και η ανταπόκριση της συσκευής ήταν περίπου 0,57Α /W. Το 2011, το Ερευνητικό Εργαστήριο του Στρατού (ALR) χρησιμοποίησε φωτοανιχνευτές PIN για να μελετήσει έναν απεικονιστή LIDAR για πλοήγηση, αποφυγή εμποδίων/σύγκρουσης και ανίχνευση στόχου/ταυτοποίησης μικρής εμβέλειας για μικρά μη επανδρωμένα εδάφια, ενσωματωμένα με ένα τσιπ ενισχυτή μικροκυμάτων χαμηλού κόστους που βελτίωσε σημαντικά την αναλογία σήματος προς θόρυβο του φωτοβολταϊκού PIN. Σε αυτή τη βάση, το 2012, η ALR χρησιμοποίησε αυτό το Imager Lidar για ρομπότ, με εύρος ανίχνευσης μεγαλύτερη από 50 μ. Και ανάλυση 256 × 128.
Οι Ingaasφωτοανιχνευτής χιονοστιβάδαςείναι ένα είδος φωτοανιχνευτή με κέρδος, η δομή του οποίου φαίνεται στο σχήμα (γ). Το ζεύγος ηλεκτρονίων-οπών αποκτά αρκετή ενέργεια κάτω από τη δράση του ηλεκτρικού πεδίου μέσα στην περιοχή διπλασιασμού, έτσι ώστε να συγκρουστεί με το άτομο, να δημιουργήσει νέα ζεύγη ηλεκτρόνων, να σχηματίσει ένα φαινόμενο χιονοστιβάδας και να πολλαπλασιάσει τους φορείς μη ισορροπίας στο υλικό. Το 2013, ο George M χρησιμοποίησε το MBE για να καλλιεργήσει πλέγμα που ταιριάζει με τα IngaAs και τα κράματα Inalas σε ένα υπόστρωμα INP, χρησιμοποιώντας μεταβολές στη σύνθεση των κραμάτων, το πάχος του επιταξιακού στρώματος και το ντόπινγκ σε διαμορφωμένη ενέργεια φορέα για να μεγιστοποιήσει τον ηλεκτροσκεπτικό ιονισμό, ελαχιστοποιώντας το ιονισμό οπών. Στο ισοδύναμο κέρδος σήματος εξόδου, το APD παρουσιάζει χαμηλότερο θόρυβο και χαμηλότερο σκοτεινό ρεύμα. Το 2016, οι Sun Jianfeng et al. Δημιούργησε ένα σύνολο 1570 nm ενεργό πειραματική πλατφόρμα απεικόνισης με λέιζερ με βάση τον φωτοανιχνευτή Avalanche IngaAS. Το εσωτερικό κύκλωμα τουΦωτοανιχνευτής APDέλαβε ηχώ και εξάγει άμεσα ψηφιακά σήματα, καθιστώντας ολόκληρη τη συσκευή συμπαγές. Τα πειραματικά αποτελέσματα φαίνονται στο ΣΧ. (δ) και (ε). Το σχήμα (d) είναι μια φυσική φωτογραφία του στόχου απεικόνισης και το σχήμα (ε) είναι μια τρισδιάστατη εικόνα απόστασης. Μπορεί να φανεί σαφώς ότι η περιοχή παραθύρου της περιοχής C έχει ορισμένη απόσταση βάθους με την περιοχή Α και β. Η πλατφόρμα συνειδητοποιεί το πλάτος παλμού μικρότερο από 10 ns, ενιαία παλμική ενέργεια (1 ~ 3) ρυθμιζόμενη MJ, που λαμβάνει γωνία πεδίου φακού 2 °, συχνότητα επανάληψης 1 kHz, αναλογία λειτουργίας ανιχνευτή περίπου 60%. Χάρη στο εσωτερικό κέρδος φωτοβολίδων της APD, η γρήγορη απόκριση, το συμπαγές μέγεθος, η ανθεκτικότητα και το χαμηλό κόστος, οι φωτοανιχνευτές APD μπορούν να είναι μια τάξη μεγέθους υψηλότεροι σε ρυθμό ανίχνευσης από τους φωτοανιχνευτές PIN, έτσι ώστε το τρέχον mainstream lidar να κυριαρχείται κυρίως από φωτοανιχνευτές χιονοστιβάδας.
Συνολικά, με την ταχεία ανάπτυξη της τεχνολογίας προετοιμασίας IngaAs στο εσωτερικό και στο εξωτερικό, μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε επιδέξια MBE, MOCVD, LPE και άλλες τεχνολογίες για την προετοιμασία υψηλής ποιότητας επιταξιακής στρώσης IngaAS στο υπόστρωμα INP. Τα φωτοανιχνευτή IngaAs παρουσιάζουν χαμηλό σκοτεινό ρεύμα και υψηλή ανταπόκριση, το χαμηλότερο σκοτεινό ρεύμα είναι χαμηλότερο από 0,75 PA/μm², η μέγιστη ανταπόκριση είναι έως και 0,57 A/W και έχει γρήγορη μεταβατική απόκριση (σειρά PS). Η μελλοντική ανάπτυξη των φωτοανιχνευτών IngaAS θα επικεντρωθεί στις ακόλουθες δύο πτυχές: (1) Το επιταξιακό στρώμα IngaAS αναπτύσσεται άμεσα στο υπόστρωμα SI. Επί του παρόντος, οι περισσότερες από τις μικροηλεκτρονικές συσκευές στην αγορά βασίζονται σε SI και η επακόλουθη ολοκληρωμένη ανάπτυξη της IngaAS και της SI είναι η γενική τάση. Η επίλυση προβλημάτων όπως η αναντιστοιχία του πλέγματος και η διαφορά του συντελεστή θερμικής επέκτασης είναι ζωτικής σημασίας για τη μελέτη του IngaAS/SI. (2) Η τεχνολογία μήκους κύματος 1550 nm ήταν ώριμη και το εκτεταμένο μήκος κύματος (2.0 ~ 2.5) μm είναι η μελλοντική κατεύθυνση της έρευνας. Με την αύξηση των συστατικών, η αναντιστοιχία πλέγματος μεταξύ του υποστρώματος INP και του επιταξιακού στρώματος IngaAS θα οδηγήσει σε πιο σοβαρή εξάρθρωση και ελαττώματα, επομένως είναι απαραίτητο να βελτιστοποιηθεί οι παραμέτρους της διαδικασίας της συσκευής,
Χρόνος δημοσίευσης: Μάιος-06-2024