Struchtúr brathadóir fótaileictreach InGaAs

Struchtúr naBrathadóir grianghraf InGaAs

Ó na 1980í, rinne taighdeoirí sa bhaile agus thar lear staidéar ar struchtúr photodetectors InGaAs, atá roinnte go príomha i dtrí chineál. Is iad sin fóta-bhrathadóir miotail-leathsheoltóra-miotail InGaAs (MSM-PD), InGaAs PIN Photodetector (PIN-PD), agus InGaAs Avalanche Photodetector (APD-PD). Tá difríochtaí suntasacha i bpróiseas monaraithe agus costas photodetectors InGaAs le struchtúir éagsúla, agus tá difríochtaí móra ann freisin i bhfeidhmíocht gléas.

An InGaAs miotail-leathsheoltóra-miotailbrathadóir grianghraf, a thaispeántar i bhFíor (a), struchtúr speisialta atá bunaithe ar acomhal Schottky. I 1992, Shi et al. d'úsáid sé teicneolaíocht epitaxy chéim gal miotail-orgánach brú íseal (LP-MOVPE) chun sraitheanna epitaxy a fhás agus d'ullmhaigh fóta-bhrathadóir InGaAs MSM, a bhfuil ard-fhreagracht 0.42 A/W aige ag tonnfhad 1.3 μm agus sruth dorcha níos ísle ná 5.6 pA/ μm² ag 1.5 V. I 1996, zhang et al. úsáid epitaxy léas móilíneach céim gháis (GSMBE) chun an ciseal epitaxy InAlAs-InGaAs-InP a fhás. Léirigh ciseal InAlAs tréithe ardfhriotaíochta, agus rinneadh na coinníollacha fáis a bharrfheabhsú trí thomhas díraonta X-gha, ionas go raibh an neamhréir laitíse idir sraitheanna InGaAs agus InAlAs laistigh den raon 1×10⁻³. Mar thoradh air seo tá feidhmíocht gléas optamaithe le sruth dorcha faoi bhun 0.75 pA/μm² ag 10 V agus freagra tapa neamhbhuan suas go dtí 16 ps ag 5 V. Ar an iomlán, tá fóta-bhrathadóir struchtúr MSM simplí agus éasca le comhtháthú, ag taispeáint sruth dorcha íseal (pA ordú), ach laghdóidh an leictreoid miotail limistéar ionsú solais éifeachtach na feiste, agus mar sin tá an freagra níos ísle ná struchtúir eile.

Cuireann an photodetector PIN InGaAs isteach ciseal intreach idir an ciseal teagmhála P-cineál agus an ciseal teagmhála N-cineál, mar a thaispeántar i bhFíor (b), a ardaíonn leithead an réigiúin ídiú, rud a radiating níos mó péirí leictreon-poll agus a fhoirmiú a fótavoltach níos mó, agus mar sin tá feidhmíocht seolta leictreon den scoth aige. I 2007, A.Poloczek et al. úsáid MBE chun ciseal maolánach íseal-teocht a fhás chun garbh an dromchla a fheabhsú agus an neamhréir laitíse idir Si agus InP a shárú. Baineadh úsáid as MOCVD chun struchtúr PIN InGaAs a chomhtháthú ar an tsubstráit InP, agus bhí freagrúlacht an fheiste thart ar 0.57A / W. In 2011, d’úsáid Saotharlann Taighde an Airm (ALR) fóta-bhrathadóirí PIN chun staidéar a dhéanamh ar íomháóir LiDAR le haghaidh loingseoireachta, bacainní/imbhualadh a sheachaint, agus aimsiú/aithint sprice gearr-raoin d’fheithiclí beaga talún gan fhoireann, atá comhtháite le sliseanna aimplitheora micreathonn ar chostas íseal a feabhas suntasach ar an gcóimheas comhartha le torann d’fhóta-bhrathadóir PIN InGaAs. Ar an mbonn seo, in 2012, d’úsáid ALR an íomháóir liDAR seo le haghaidh robots, le raon braite níos mó ná 50 m agus taifeach 256 × 128.

Na InGaAsbrathadóir fótaileictreachis cineál fóta-bhrathadóir é le gnóthachan, a bhfuil a struchtúr léirithe i bhFíor (c). Faigheann an péire leictreon-poll go leor fuinnimh faoi ghníomhaíocht an réimse leictrigh taobh istigh den réigiún dúblála, ionas go n-imbhuaileann sé leis an adamh, gineann sé péirí nua leictreon-poll, foirm éifeacht avalanche, agus iolraigh na hiompróirí neamhchothromaíochta san ábhar. . In 2013, d'úsáid George M MBE chun cóimhiotail laitíse InGaAs agus InAlAs a mheaitseáil ar fhoshraith InP, ag baint úsáide as athruithe ar chomhdhéanamh cóimhiotail, tiús ciseal epitaxial, agus dópáil chun fuinneamh iompróra modhnaithe chun ianú electroshock a uasmhéadú agus ianú poll a íoslaghdú. Ag an gnóthachan comhartha aschuir comhionann, léiríonn APD torann níos ísle agus sruth dorcha níos ísle. I 2016, Sun Jianfeng et al. tógtha sraith d’ardán turgnamhach íomháithe gníomhach léasair 1570 nm bunaithe ar fhóta-bhrathadóir avalanche InGaAs. An ciorcad inmheánach deBrathadóir grianghraf APDfuair macallaí agus aschuir go díreach comharthaí digiteacha, rud a fhágann go bhfuil an gléas iomlán dlúth. Taispeántar na torthaí turgnamhacha i bhFíor. (d) agus (e). Is grianghraf fisiceach é Fíor (d) den sprioc íomháithe, agus is íomhá fad tríthoiseach é Fíor (e). Is féidir a fheiceáil go soiléir go bhfuil achar doimhneachta áirithe ag achar na fuinneoige d’achar c agus achar A agus b. Tuigeann an t-ardán leithead cuisle níos lú ná 10 ns, fuinneamh cuisle aonair (1 ~ 3) mJ inchoigeartaithe, ag fáil réimse lionsa uillinn 2 °, minicíocht athrá 1 kHz, cóimheas dleachta braite de thart ar 60%. A bhuí le gnóthachan fótaileictreach inmheánach APD, freagra tapa, méid dlúth, marthanacht agus costas íseal, is féidir le fótabhraiteoirí APD a bheith in ord méide níos airde sa ráta braite ná fótabhraiteoirí PIN, agus mar sin is fóta-bhrathadóirí maolánacha is mó atá sa liDAR príomhshrutha reatha.

Tríd is tríd, le forbairt go mear ar theicneolaíocht ullmhúcháin InGaAs sa bhaile agus thar lear, is féidir linn MBE, MOCVD, LPE agus teicneolaíochtaí eile a úsáid go sciliúil chun ciseal epitaxial ardcháilíochta InGaAs ar fhoshraith InP a ullmhú. De réir mar a léiríonn fótabhraiteoirí InGaA sruth íseal dorcha agus ard-fhreagracht, tá an sruth dorcha is ísle níos ísle ná 0.75 pA/μm², tá an freagrúlacht uasta suas le 0.57 A/W, agus tá freagra tapa neamhbhuan (ord ps). Díreoidh forbairt fótabhraiteoirí InGaAs sa todhchaí ar an dá ghné seo a leanas: (1) Fástar ciseal epitaxial InGaAs go díreach ar fhoshraith Si. Faoi láthair, tá an chuid is mó de na feistí micreictreonaic sa mhargadh bunaithe ar Si, agus is é an treocht ghinearálta atá i bhforbairt chomhtháite InGaAs agus Si bunaithe ina dhiaidh sin. Tá sé ríthábhachtach fadhbanna a réiteach ar nós éagothroime laitíse agus difríocht comhéifeacht leathnaithe teirmeach chun staidéar a dhéanamh ar InGaAs/Si; (2) Tá an teicneolaíocht tonnfhad 1550 nm aibí, agus is é an tonnfhad leathnaithe (2.0 ~ 2.5) μm an treo taighde sa todhchaí. Le méadú ar chomhchodanna I, beidh dílonnú agus lochtanna níos tromchúisí mar thoradh ar an neamhréireacht laitíse idir substrate InP agus ciseal epitaxial InGaAs, agus mar sin tá sé riachtanach paraiméadair phróiseas an fheiste a bharrfheabhsú, na lochtanna laitíse a laghdú, agus an gléas reatha dorcha a laghdú.