Istraktura ng Ingaas Photodetector

Istraktura ngIngaas Photodetector

Mula noong 1980s, pinag -aralan ng mga mananaliksik sa bahay at sa ibang bansa ang istraktura ng Ingaas photodetectors, na higit sa lahat ay nahahati sa tatlong uri. Ang mga ito ay Ingaas Metal-Semiconductor-Metal Photodetector (MSM-PD), Ingaas Pin Photodetector (PIN-PD), at Ingaas Avalanche Photodetector (APD-PD). Mayroong mga makabuluhang pagkakaiba sa proseso ng katha at gastos ng Ingaas photodetectors na may iba't ibang mga istraktura, at mayroon ding mahusay na pagkakaiba sa pagganap ng aparato.

Ang Ingaas metal-semiconductor-metalPhotodetector, na ipinapakita sa Figure (a), ay isang espesyal na istraktura batay sa Schottky junction. Noong 1992, si Shi et al. Ginamit ang mababang presyon ng metal-organikong singaw ng phase epitaxy na teknolohiya (LP-MOVPE) upang mapalago ang mga layer ng epitaxy at inihanda ang Ingaas MSM photodetector, na may mataas na pagtugon ng 0.42 A/ W sa isang haba ng haba ng 1.3 μM at isang madilim na kasalukuyang mas mababa kaysa sa 5.6 PA/ μM² sa 1.5 V. noong 1996, Zhang et al. Ginamit na gas phase molekular beam epitaxy (GSMBE) upang mapalago ang Inalas-Ahaas-inP epitaxy layer. Ang layer ng Inalas ay nagpakita ng mataas na mga katangian ng resistivity, at ang mga kondisyon ng paglago ay na-optimize ng pagsukat ng pagkakaiba-iba ng X-ray, upang ang lattice mismatch sa pagitan ng IngaaS at Inalas na mga layer ay nasa loob ng saklaw ng 1 × 10⁻³. Nagreresulta ito sa na -optimize na pagganap ng aparato na may madilim na kasalukuyang nasa ibaba 0.75 pa/μm² sa 10 V at mabilis na lumilipas na tugon hanggang sa 16 ps sa 5 V. Sa kabuuan, ang istruktura ng MSM na photodetector ay simple at madaling isama, na nagpapakita ng mababang madilim na kasalukuyang (PA order), ngunit ang metal electrode ay mabawasan ang epektibong ilaw na pagsipsip ng ilaw ng aparato, kaya ang tugon ay mas mababa kaysa sa iba pang mga istraktura.

Ang Ingaas pin photodetector ay nagsingit ng isang intrinsic layer sa pagitan ng P-type contact layer at ang N-type contact layer, tulad ng ipinapakita sa figure (B), na pinatataas ang lapad ng rehiyon ng pag-ubos, sa gayon ito ay nagliliyab ng higit pang mga pares ng elektron-hole at bumubuo ng isang mas malaking photocurrent, kaya mayroon itong mahusay na pagganap ng pagpapadaloy ng elektron. Noong 2007, ang A.Poloczek et al. Ginamit na MBE upang mapalago ang isang mababang temperatura na buffer layer upang mapabuti ang pagkamagaspang sa ibabaw at pagtagumpayan ang mismatch ng sala-sala sa pagitan ng SI at INP. Ang MOCVD ay ginamit upang pagsamahin ang istraktura ng Ingaas pin sa substrate ng INP, at ang pagtugon ng aparato ay tungkol sa 0.57a /w. Noong 2011, ginamit ng Army Research Laboratory (ALR) ang PIN photodetectors upang pag-aralan ang isang imager ng LIDAR para sa pag-navigate, pag-iwas sa balakid/pagbangga, at panandaliang target na pagtuklas/pagkakakilanlan para sa maliit na hindi pinangangasiwaan na mga sasakyan sa lupa, na isinama sa isang murang microwave amplifier chip na makabuluhang pinabuting ang signal-to-noise ratio ng Intaas pin photodetector. Sa batayan na ito, noong 2012, ginamit ng ALR ang LIDAR imager na ito para sa mga robot, na may isang saklaw ng pagtuklas na higit sa 50 m at isang resolusyon na 256 × 128.

Ang IngaasAvalanche Photodetectoray isang uri ng photodetector na may pakinabang, ang istraktura ng kung saan ay ipinapakita sa figure (c). Ang pares ng elektron-hole ay nakakakuha ng sapat na enerhiya sa ilalim ng pagkilos ng electric field sa loob ng pagdodoble na rehiyon, upang mabangga ang atom, makabuo ng mga bagong pares ng elektron, bumubuo ng isang epekto ng avalanche, at dumami ang mga di-balanse na mga carrium sa materyal. Noong 2013, ginamit ni George M ang MBE upang mapalago ang lattice na naitugma sa IngaaS at Inalas alloys sa isang substrate ng INP, gamit ang mga pagbabago sa komposisyon ng haluang metal, kapal ng epitaxial layer, at pag -doping sa modulated enerhiya ng carrier upang ma -maximize ang electroshock ionization habang binabawasan ang ionization ng butas. Sa katumbas na pakinabang ng signal ng output, ang APD ay nagpapakita ng mas mababang ingay at mas mababang madilim na kasalukuyang. Noong 2016, ang Sun Jianfeng et al. nagtayo ng isang hanay ng 1570 nm laser aktibong imaging pang -eksperimentong platform batay sa Ingaas avalanche photodetector. Ang panloob na circuit ngAPD PhotodetectorNakatanggap ng mga echoes at direktang output digital signal, na ginagawang compact ang buong aparato. Ang mga pang -eksperimentong resulta ay ipinapakita sa FIG. (d) at (e). Ang Figure (d) ay isang pisikal na larawan ng target na imaging, at ang figure (e) ay isang three-dimensional na imahe ng distansya. Malinaw na makikita na ang window area ng Area C ay may isang tiyak na lalim na distansya na may Area A at B. Napagtanto ng platform ang lapad ng pulso na mas mababa sa 10 ns, solong pulso enerhiya (1 ~ 3) MJ adjustable, pagtanggap ng anggulo ng patlang ng lens na 2 °, dalas ng pag -uulit ng 1 kHz, ratio ng detector duty na halos 60%. Salamat sa panloob na pakinabang ng APD, mabilis na pagtugon, laki ng compact, tibay at mababang gastos, ang APD photodetectors ay maaaring maging isang order ng magnitude na mas mataas sa rate ng pagtuklas kaysa sa PIN photodetectors, kaya ang kasalukuyang pangunahing takip ay pangunahing pinangungunahan ng mga avalanche photodetectors.

Sa pangkalahatan, sa mabilis na pag-unlad ng teknolohiya ng paghahanda ng Ingaas sa bahay at sa ibang bansa, maaari nating husay na gamitin ang MBE, MOCVD, LPE at iba pang mga teknolohiya upang maghanda ng malaking lugar na may mataas na kalidad na INGAAS epitaxial layer sa INP substrate. Ang mga photodetectors ng Ingaas ay nagpapakita ng mababang madilim na kasalukuyang at mataas na pagtugon, ang pinakamababang madilim na kasalukuyang ay mas mababa kaysa sa 0.75 Pa/μm², ang maximum na pagtugon ay hanggang sa 0.57 A/W, at may mabilis na lumilipas na tugon (PS order). Ang hinaharap na pag -unlad ng Ingaas photodetectors ay tututuon sa mga sumusunod na dalawang aspeto: (1) Ang Ingaas epitaxial layer ay direktang lumago sa SI substrate. Sa kasalukuyan, ang karamihan sa mga microelectronic na aparato sa merkado ay batay sa SI, at ang kasunod na pinagsamang pag -unlad ng InGaaS at batay sa SI ay ang pangkalahatang kalakaran. Ang paglutas ng mga problema tulad ng lattice mismatch at thermal expansion coefficient na pagkakaiba ay mahalaga para sa pag -aaral ng InGaaS/Si; . Sa pagtaas ng mga sangkap, ang lattice mismatch sa pagitan ng INP substrate at IngaaS epitaxial layer ay hahantong sa mas malubhang dislokasyon at mga depekto, kaya kinakailangan upang mai -optimize ang mga parameter ng proseso ng aparato, bawasan ang mga depekto sa sala -sala, at bawasan ang madilim na aparato.