סטרוקטור פון InGaAs פאָטאָדעטעקטאָר

סטרוקטור פוןInGaAs פאָטאָדעטעקטאָר

זינט די 1980ער יארן, האבן פארשער אין לאנד און אין אויסלאנד שטודירט די סטרוקטור פון InGaAs פאטאדעטעקטארן, וועלכע זענען הויפטזעכליך צעטיילט אין דריי טיפן. זיי זענען InGaAs מעטאל-האלב-קאנדוקטאר-מעטאל פאטאדעטעקטאר (MSM-PD), InGaAs PIN פאטאדעטעקטאר (PIN-PD), און InGaAs לאווינע פאטאדעטעקטאר (APD-PD). עס זענען דא באדייטנדע אונטערשיידן אין דעם פאבריקאציע פראצעס און קאסטן פון InGaAs פאטאדעטעקטארן מיט פארשידענע סטרוקטורן, און עס זענען אויך דא גרויסע אונטערשיידן אין די אפאראט'ס פערפארמאנס.

דער InGaAs מעטאַל-האַלב-קאָנדוקטאָר-מעטאַלפאָטאָדעטעקטאָר, געוויזן אין פיגור (א), איז א ספעציעלע סטרוקטור באזירט אויף דער שאָטקי דזשאַנקשאַן. אין 1992, האָבן שי און אַנדערע גענוצט נידעריק-דרוק מעטאַל-אָרגאַנישע פארע-פאַזע עפּיטאַקסי טעכנאָלאָגיע (LP-MOVPE) צו וואַקסן עפּיטאַקסי שיכטן און צוגעגרייט InGaAs MSM פאָטאָדעטעקטאָר, וואָס האט א הויכע רעספּאָנסיוונאַס פון 0.42 A/W ביי א כוואַליע-לענג פון 1.3 מיקראָמעטער און א טונקל-שטראָם נידעריגער ווי 5.6 pA/μm² ביי 1.5 V. אין 1996, האָבן זשאַנג און אַנדערע גענוצט גאַז-פאַזע מאָלעקולאַרע שטראַל עפּיטאַקסי (GSMBE) צו וואַקסן די InAlAs-InGaAs-InP עפּיטאַקסי שיכט. די InAlAs שיכט האט געוויזן הויכע קעגנשטעל-כאראקטעריסטיקס, און די וואוקס-באַדינגונגען זענען אָפּטימיזירט געוואָרן דורך X-שטראַל דיפראַקציע מעסטונג, אַזוי אַז די גיטער-מיסמאַטש צווישן InGaAs און InAlAs שיכטן איז געווען אין דעם ראַנגע פון ​​1×10⁻³. דאָס רעזולטירט אין אָפּטימיזירטע מיטל פאָרשטעלונג מיט טונקל קראַנט אונטער 0.75 pA/μm² ביי 10 V און שנעל טראַנזיענט ענטפער ביז 16 ps ביי 5 V. אין גאַנצן, די MSM סטרוקטור פאָטאָדעטעקטאָר איז פּשוט און גרינג צו ינטאַגרירן, ווייַזנדיק נידעריק טונקל קראַנט (pA סדר), אָבער די מעטאַל עלעקטראָוד וועט רעדוצירן די עפעקטיוו ליכט אַבזאָרפּשאַן שטח פון די מיטל, אַזוי די ענטפער איז נידעריקער ווי אנדערע סטרוקטורן.

דער InGaAs PIN פאָטאָדעטעקטאָר לייגט אַרײַן אַן אינעווייניקסטע שיכט צווישן דער P-טיפּ קאָנטאַקט שיכט און דער N-טיפּ קאָנטאַקט שיכט, ווי געוויזן אין פיגור (ב), וואָס פאַרגרעסערט די ברייט פון דער דיפּלישאַן געגנט, אַזוי שטראַלנדיק מער עלעקטראָן-לאָך פּאָרן און פאָרמינג אַ גרעסערע פאָטאָשטראָם, אַזוי עס האט אַן אויסגעצייכנטע עלעקטראָן קאַנדאַקשאַן פאָרשטעלונג. אין 2007, האָבן A. Poloczek et al. גענוצט MBE צו וואַקסן אַ נידעריק-טעמפּעראַטור באַפער שיכט צו פֿאַרבעסערן די ייבערפלאַך ראַפנאַס און באַקומען די גיטער מיסמאַטש צווישן Si און InP. MOCVD איז גענוצט געוואָרן צו אינטעגרירן InGaAs PIN סטרוקטור אויף דעם InP סאַבסטראַט, און די ריספּאָנסיוונאַס פון דעם מיטל איז געווען וועגן 0.57A /W. אין 2011, האָט די אַרמיי ריסערטש לאַבאָראַטאָריע (ALR) גענוצט PIN פאָטאָדעטעקטאָרן צו שטודירן אַ liDAR ימאַדזשער פֿאַר נאַוויגאַציע, שטערונג/קאָליזיע אַוווידאַנס, און קורץ-רייכווייַט ציל דעטעקציע/ידענטיפֿיקאַציע פֿאַר קליינע אַנמאַנאַנט ערד וועהיקלעס, אינטעגרירט מיט אַ נידעריק-קאָסט מייקראַווייוו אַמפּליפייער טשיפּ וואָס באַדייטנד פֿאַרבעסערט די סיגנאַל-צו-ראַש פאַרהעלטעניש פון דעם InGaAs PIN פאָטאָדעטעקטאָר. אויף דעם באזיס, אין 2012, האט ALR גענוצט דעם לידאר בילדער פאר ראָבאָטן, מיט א דעטעקציע-ראַנג פון מער ווי 50 מעטער און א רעזאָלוציע פון ​​256 × 128.

די אינגאַאַסלאַווינע פאָטאָדעטעקטאָראיז א סארט פאטאדעטעקטאר מיט פארשטארקונג, וועמענס סטרוקטור ווערט געוויזן אין פיגור (c). די עלעקטראן-לאך פאר באקומט גענוג ענערגיע אונטער דער אקציע פון ​​דעם עלעקטרישן פעלד אינעם פארדאפלונג געגנט, כדי צו קאלידירן מיטן אטאם, שאפן נייע עלעקטראן-לאך פארן, שאפן אן אוואלינע עפעקט, און פארמערן די נישט-גלייכגעוויכט טרעגער אין דעם מאטעריאל. אין 2013, האט דזשארדזש מ. גענוצט MBE צו וואקסן גיטער-געמאכטע InGaAs און InAlAs צומישן אויף אן InP סובסטראט, ניצנדיג ענדערונגען אין צומיש קאמפאזיציע, עפיטאקסיאלע שיכט גרעב, און דאפינג צו מאדולירטע טרעגער ענערגיע צו מאקסימיזירן עלעקטראקשאק יאניזאציע בשעת מינימיזירן לאך יאניזאציע. ביי דער עקוויוואלענטער אויסגאבע סיגנאל פארשטארקונג, ווייזט APD נידעריגערע ראוש און נידעריגערע טונקעלע שטראם. אין 2016, האבן זון דזשיאנפענג און אנדערע געבויט א סעט פון 1570 נ"מ לאזער אקטיווע בילדגעבונג עקספערימענטאלע פלאטפארמע באזירט אויף דעם InGaAs אוואלינע פאטאדעטעקטאר. די אינערליכע קרייז פוןAPD פאָטאָדעטעקטאָרבאַקומען עכאָס און גלייך אַרויסגעבן דיגיטאַל סיגנאַלן, מאכן די גאנצע מיטל קאָמפּאַקט. די עקספּערימענטאַל רעזולטאַטן זענען געוויזן אין פיג. (ד) און (ה). פיגור (ד) איז אַ גשמיות פאָטאָ פון די בילדגעבונג ציל, און פיגור (ה) איז אַ דריי-דימענשאַנאַל דיסטאַנס בילד. עס קען קלאר געזען ווערן אַז די פֿענצטער געגנט פון געגנט c האט אַ זיכער טיפקייַט דיסטאַנס מיט געגנט A און b. די פּלאַטפאָרמע רעאַליסיז פּולס ברייט ווייניקער ווי 10 ns, איין פּולס ענערגיע (1 ~ 3) mJ אַדזשאַסטאַבאַל, ריסיווינג לינז פעלד ווינקל פון 2°, ריפּעטישאַן אָפטקייַט פון 1 kHz, דעטעקטאָר דוטי פאַרהעלטעניש פון וועגן 60%. דאַנק צו APD ס ינערלעך פאָטאָקראַנט געווינען, שנעל ענטפער, קאָמפּאַקט גרייס, געווער און נידעריק פּרייַז, APD פאָטאָדעטעקטאָרס קענען זיין אַ סדר פון מאַגניטוד העכער אין דעטעקשאַן קורס ווי PIN פאָטאָדעטעקטאָרס, אַזוי די קראַנט מיינסטרים liDAR איז דער הויפּט דאָמינירט דורך לאַווינע פאָטאָדעטעקטאָרס.

אינגאנצן, מיט דער שנעלער אנטוויקלונג פון InGaAs צוגרייטונג טעכנאָלאָגיע אין שטוב און אין אויסלאנד, קענען מיר געשיקט נוצן MBE, MOCVD, LPE און אנדערע טעכנאָלאָגיעס צו צוגרייטן גרויס-שטח הויך-קוואַליטעט InGaAs עפּיטאַקסיאַל שיכט אויף InP סאַבסטראַט. InGaAs פאָטאָדעטעקטאָרס ווייַזן נידעריק טונקל קראַנט און הויך ריספּאָנסיוונאַס, די לאָואַסט טונקל קראַנט איז נידעריקער ווי 0.75 pA/μm², די מאַקסימום ריספּאָנסיוונאַס איז אַרויף צו 0.57 A/W, און האט אַ שנעל טראַנזיענט ענטפער (ps סדר). די צוקונפֿט אַנטוויקלונג פון InGaAs פאָטאָדעטעקטאָרס וועט פאָקוס אויף די פאלגענדע צוויי אַספּעקטן: (1) InGaAs עפּיטאַקסיאַל שיכט איז גלייַך געוואקסן אויף Si סאַבסטראַט. אין דער איצטיקער צייט, רובֿ פון די מיקראָעלעקטראָניק דעוויסעס אין די מאַרק זענען Si באזירט, און די סאַבסאַקוואַנט ינאַגרייטיד אַנטוויקלונג פון InGaAs און Si באזירט איז די אַלגעמיינע גאַנג. סאָלווינג פּראָבלעמס אַזאַ ווי לאַטיס מיסמאַטש און טערמאַל יקספּאַנשאַן קאָואַפישאַנט חילוק איז קריטיש פֿאַר די לערנען פון InGaAs/Si; (2) די 1550 נם כוואַליע-לענג טעכנאָלאָגיע איז דערוואַקסן, און די עקסטענדעד כוואַליע-לענג (2.0 ~ 2.5) μm איז די צוקונפֿט פאָרשונג ריכטונג. מיטן פארגרעסערן פון In קאמפאנענטן, וועט די גיטער-מיסמאש צווישן InP סובסטראט און InGaAs עפּיטאַקסיאַל שיכט פירן צו מער ערנסטע דיסלאקאציע און חסרונות, ממילא איז נויטיק צו אפטימיזירן די פראצעס פאראמעטערס פון די דעווייס, רעדוצירן די גיטער-חסרונות, און רעדוצירן די טונקעלע שטראָם פון די דעווייס.