InGaAs photodetector को संरचना

को संरचनाInGaAs फोटोडिटेक्टर

1980 को दशकदेखि, स्वदेश र विदेशका अन्वेषकहरूले InGaAs फोटोडिटेक्टरहरूको संरचनाको अध्ययन गरेका छन्, जुन मुख्य रूपमा तीन प्रकारमा विभाजित छन्। तिनीहरू हुन् InGaAs मेटल-सेमिकन्डक्टर-मेटल फोटोडेटेक्टर (MSM-PD), InGaAs PIN फोटोडेटेक्टर (PIN-PD), र InGaAs Avalanche Photodetector (APD-PD)। त्यहाँ विभिन्न संरचनाहरु संग निर्माण प्रक्रिया र InGaAs फोटोडिटेक्टर को लागत मा महत्वपूर्ण भिन्नताहरू छन्, र त्यहाँ उपकरण प्रदर्शन मा ठूलो भिन्नता पनि छन्।

InGaAs धातु-अर्धचालक-धातुफोटो डिटेक्टर, चित्र (a) मा देखाइएको छ, Schottky जंक्शनमा आधारित एक विशेष संरचना हो। 1992 मा, शि एट अल। कम दबाव धातु-जैविक भाप चरण एपिटेक्सी टेक्नोलोजी (LP-MOVPE) प्रयोग गरी एपिटेक्सी तहहरू बढाउन र InGaAs MSM फोटोडेटेक्टर तयार पारियो, जसमा 1.3 μm को तरंग लम्बाइमा 0.42 A/W को उच्च प्रतिक्रियाशीलता छ र 5.6 pA/ भन्दा कम गाढा प्रवाह छ। 1.5 V मा μm²। 1996 मा, Zhang et al। InAlAs-InGaAs-InP epitaxy तह बढाउन ग्यास चरण आणविक बीम एपिटेक्सी (GSMBE) प्रयोग गरियो। InAlAs तहले उच्च प्रतिरोधात्मक विशेषताहरू देखायो, र वृद्धि अवस्थाहरू एक्स-रे विवर्तन मापनद्वारा अनुकूलित गरिएको थियो, ताकि InGaAs र InAlAs तहहरू बीचको जाली बेमेल 1×10⁻³ को दायरा भित्र थियो। यसले 10 V मा 0.75 pA/μm² भन्दा कम गाढा वर्तमान र 5 V मा 16 ps सम्म द्रुत क्षणिक प्रतिक्रियाको साथ अनुकूलित उपकरण प्रदर्शनको परिणाम दिन्छ। समग्रमा, MSM संरचना फोटोडेटेक्टर सरल र एकीकृत गर्न सजिलो छ, कम गाढा प्रवाह (pA) देखाउँदै। अर्डर), तर धातु इलेक्ट्रोडले उपकरणको प्रभावकारी प्रकाश अवशोषण क्षेत्र कम गर्नेछ, त्यसैले प्रतिक्रिया अन्य संरचनाहरू भन्दा कम छ।

InGaAs PIN फोटोडिटेक्टरले चित्र (b) मा देखाइए अनुसार P-प्रकार सम्पर्क तह र N-प्रकार सम्पर्क तहको बीचमा एउटा आन्तरिक तह घुसाउँछ, जसले घटाउने क्षेत्रको चौडाइ बढाउँछ, यसरी थप इलेक्ट्रोन-होल जोडीहरू विकिरण गर्छ र एक बनाउँछ। ठूलो फोटोकरेन्ट, त्यसैले यसमा उत्कृष्ट इलेक्ट्रोन प्रवाह प्रदर्शन छ। 2007 मा, A.Poloczek et al। सतहको नरमपन सुधार गर्न र Si र InP बीचको जाली बेमेललाई हटाउन कम-तापमान बफर तह बढाउन MBE प्रयोग गरियो। MOCVD InP सब्सट्रेटमा InGaAs PIN संरचना एकीकृत गर्न प्रयोग गरिएको थियो, र उपकरणको प्रतिक्रिया लगभग 0.57A /W थियो। 2011 मा, आर्मी रिसर्च ल्याबोरेटरी (ALR) ले नेभिगेसन, बाधा/टक्करबाट बच्न र छोटो दूरीको लक्ष्य पत्ता लगाउने/पहिचान साना मानवरहित ग्राउन्ड वाहनहरूको लागि liDAR इमेजर अध्ययन गर्न PIN फोटोडिटेक्टरहरू प्रयोग गर्‍यो, कम लागतको माइक्रोवेभ एम्पलीफायर चिपसँग एकीकृत। InGaAs PIN photodetector को सिग्नल-टु-शोर अनुपातमा उल्लेखनीय सुधार गरियो। यस आधारमा, 2012 मा, ALR ले रोबोटहरूको लागि यो liDAR इमेजर प्रयोग गर्‍यो, 50 मिटर भन्दा बढीको पत्ता लगाउने दायरा र 256 × 128 को रिजोलुसनको साथ।

InGaAsहिमस्खलन फोटो डिटेक्टरलाभको साथ एक प्रकारको फोटोडिटेक्टर हो, जसको संरचना चित्र (c) मा देखाइएको छ। इलेक्ट्रोन-होल जोडीले दोब्बर क्षेत्र भित्र विद्युतीय क्षेत्रको कार्य अन्तर्गत पर्याप्त ऊर्जा प्राप्त गर्दछ, जसले गर्दा परमाणुसँग टक्कर गर्न, नयाँ इलेक्ट्रोन-प्वाल जोडीहरू उत्पन्न गर्न, हिमस्खलन प्रभाव सिर्जना गर्न, र सामग्रीमा गैर-संतुलन वाहकहरू गुणा गर्न। । 2013 मा, जर्ज M ले MBE प्रयोग गरी InP सब्सट्रेटमा जाली मिल्दो InGaAs र InAlAs मिश्र धातुहरू बढाउन, मिश्र धातु संरचनामा परिवर्तनहरू, एपिटेक्सियल तह मोटाई, र प्वाल आयनीकरणलाई न्यूनतम पार्दै इलेक्ट्रोशक आयनीकरण अधिकतम गर्न परिमार्जित क्यारियर ऊर्जामा डोपिङ प्रयोग गर्नुभयो। बराबरको आउटपुट सिग्नल लाभमा, APD ले कम शोर र कम गाढा प्रवाह देखाउँछ। 2016 मा, Sun Jianfeng et al। InGaAs avalanche photodetector मा आधारित 1570 nm लेजर सक्रिय इमेजिङ प्रयोगात्मक प्लेटफर्मको सेट बनाइयो। को आन्तरिक सर्किटAPD फोटो डिटेक्टरप्रतिध्वनिहरू प्राप्त गरियो र सिधै डिजिटल सिग्नलहरू आउटपुट गर्नुहोस्, सम्पूर्ण उपकरण कम्प्याक्ट बनाउँदै। प्रयोगात्मक परिणामहरू FIG मा देखाइएको छ। (d) र (e)। चित्र (d) इमेजिङ लक्ष्यको भौतिक तस्बिर हो, र चित्र (e) त्रि-आयामी दूरीको छवि हो। यो स्पष्ट रूपमा देख्न सकिन्छ कि क्षेत्र c को विन्डो क्षेत्र A र b संग एक निश्चित गहिराई दूरी छ। प्लेटफर्मले 10 एनएस भन्दा कम पल्स चौडाइ, एकल पल्स ऊर्जा (1 ~ 3) mJ समायोज्य, 2° को लेन्स फिल्ड कोण, 1 kHz को पुनरावृत्ति आवृत्ति, लगभग 60% को डिटेक्टर शुल्क अनुपात महसुस गर्दछ। APD को आन्तरिक फोटोकरेन्ट लाभ, द्रुत प्रतिक्रिया, कम्प्याक्ट साइज, स्थायित्व र कम लागतको लागि धन्यवाद, APD फोटोडिटेक्टरहरू PIN फोटोडिटेक्टरहरू भन्दा पत्ता लगाउने दरमा उच्च परिमाणको अर्डर हुन सक्छ, त्यसैले हालको मुख्यधारा liDAR मुख्य रूपमा हिमस्खलन फोटोडेटेक्टरहरू द्वारा हावी छ।

समग्रमा, स्वदेश र विदेशमा InGaAs तयारी प्रविधिको द्रुत विकासको साथ, हामी InP सब्सट्रेटमा ठूलो-क्षेत्र उच्च-गुणस्तरको InGaAs epitaxial तह तयार गर्न MBE, MOCVD, LPE र अन्य प्रविधिहरू कुशलतापूर्वक प्रयोग गर्न सक्छौं। InGaAs photodetectors ले कम गाढा वर्तमान र उच्च प्रतिक्रियाशीलता प्रदर्शन गर्दछ, सबैभन्दा कम गाढा वर्तमान 0.75 pA/μm² भन्दा कम छ, अधिकतम प्रतिक्रियाशीलता 0.57 A/W सम्म छ, र छिटो क्षणिक प्रतिक्रिया (ps अर्डर) छ। InGaAs photodetectors को भविष्यको विकासले निम्न दुई पक्षहरूमा ध्यान केन्द्रित गर्नेछ: (1) InGaAs epitaxial लेयर सीधै Si substrate मा बढेको छ। हाल, बजारमा अधिकांश माइक्रोइलेक्ट्रोनिक उपकरणहरू Si आधारित छन्, र InGaAs र Si आधारित एकीकृत विकास सामान्य प्रवृत्ति हो। InGaAs/Si को अध्ययनको लागि जाली बेमेल र थर्मल विस्तार गुणांक भिन्नता जस्ता समस्याहरू समाधान गर्नु महत्त्वपूर्ण छ; (2) 1550 nm तरंगदैर्ध्य प्रविधि परिपक्व भएको छ, र विस्तारित तरंगदैर्ध्य (2.0 ~ 2.5) μm भविष्यको अनुसन्धान दिशा हो। In कम्पोनेन्टहरू बढ्दै जाँदा, InP सब्सट्रेट र InGaAs epitaxial लेयर बीचको जाली बेमेलले थप गम्भीर विस्थापन र दोषहरू निम्त्याउँछ, त्यसैले यो उपकरण प्रक्रिया प्यारामिटरहरू अनुकूलन गर्न, जाली दोषहरू कम गर्न, र यन्त्रको गाढा प्रवाह कम गर्न आवश्यक छ।


पोस्ट समय: मे-०६-२०२४