Struchtúr brathadóir fóta InGaAs

StruchtúrBrathadóir fótachódóra InGaAs

Ó na 1980idí i leith, tá taighdeoirí sa bhaile agus thar lear ag déanamh staidéir ar struchtúr brathadóirí fóta InGaAs, atá roinnte ina dtrí chineál den chuid is mó. Is iad sin brathadóir fóta miotail-leathsheoltóra-miotail InGaAs (MSM-PD), brathadóir fóta PIN InGaAs (PIN-PD), agus brathadóir fóta Maidhme Sléibhe InGaAs (APD-PD). Tá difríochtaí suntasacha i bpróiseas monaraíochta agus i gcostas brathadóirí fóta InGaAs le struchtúir éagsúla, agus tá difríochtaí móra i bhfeidhmíocht na ngléasanna freisin.

An miotal InGaAs-leathsheoltóir-miotalbrathadóir fótachódóra, a thaispeántar i bhFíor (a), is struchtúr speisialta é atá bunaithe ar an acomhal Schottky. Sa bhliain 1992, bhain Shi et al. úsáid as teicneolaíocht eipitacsach céim gaile miotail-orgánach ísealbhrú (LP-MOVPE) chun sraitheanna eipitacsach a fhás agus d'ullmhaigh siad brathadóir fótachódóra InGaAs MSM, a bhfuil freagrúlacht ard A de 0.42 A/W aige ag tonnfhad 1.3 μm agus sruth dorcha níos ísle ná 5.6 pA/μm² ag 1.5 V. Sa bhliain 1996, bhain zhang et al. úsáid as eipitacsach bhíoma móilíneach céim gháis (GSMBE) chun an tsraith eipitacsach InAlAs-InGaAs-InP a fhás. Léirigh an tsraith InAlAs tréithe friotaíochta arda, agus rinneadh na coinníollacha fáis a bharrfheabhsú trí thomhas difreactach 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 optamaithe na feiste le sruth dorcha faoi bhun 0.75 pA/μm² ag 10 V agus freagairt thapa neamhbhuan suas le 16 ps ag 5 V. Tríd is tríd, tá an fóta-bhrathadóir struchtúir MSM simplí agus éasca le comhtháthú, ag taispeáint sruth dorcha íseal (ord pA), ach laghdóidh an leictreoid miotail an limistéar ionsúcháin solais éifeachtach den fheiste, mar sin tá an freagairt níos ísle ná struchtúir eile.

Cuireann an brathadóir fótagrafach PIN InGaAs ciseal intreach isteach idir an ciseal teagmhála de chineál P agus an ciseal teagmhála de chineál N, mar a thaispeántar i bhFíor (b), rud a mhéadaíonn leithead an réigiúin ídithe, rud a radaíonn níos mó péirí leictreon-phoill agus a chruthaíonn fótachruth níos mó, mar sin tá feidhmíocht sheolta leictreon den scoth aige. Sa bhliain 2007, bhain A.Poloczek et al. úsáid as MBE chun ciseal maolánach ísealteochta a fhás chun an garbh-dhromchla 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 na feiste thart ar 0.57A /W. Sa bhliain 2011, bhain Saotharlann Taighde an Airm (ALR) úsáid as brathadóirí fótagrafacha PIN chun íomháire liDAR a staidéar le haghaidh loingseoireachta, seachaint constaicí/imbhuailte, agus braite/sainaithint spriocanna gearr-raoin do fheithiclí talún beaga gan fhoireann, comhtháite le sliseanna aimplitheora micreathonn ar chostas íseal a fheabhsaigh go suntasach an cóimheas comhartha-go-torann den bhrathadóir fótagrafach PIN InGaAs. Ar an mbonn seo, in 2012, d'úsáid ALR an íomháire liDAR seo le haghaidh róbónna, le raon braite níos mó ná 50 m agus taifeach 256 × 128.

Na hInGaAsbrathadóir fótachóime sneachtaIs cineál fóta-bhrathadóir le gnóthachan é, a bhfuil a struchtúr le feiceáil i bhFíor (c). Faigheann an péire leictreon-poll dóthain fuinnimh faoi ghníomh an réimse leictrigh laistigh den réigiún dúbailte, chun imbhualadh leis an adamh, péirí nua leictreon-poll a ghiniúint, éifeacht maidhme sneachta a chruthú, agus na hiompróirí neamhchothromaíochta san ábhar a iolrú. Sa bhliain 2013, bhain George M úsáid as MBE chun cóimhiotail InGaAs agus InAlAs meaitseáilte laitíse a fhás ar foshraith InP, ag baint úsáide as athruithe i gcomhdhéanamh an chóimhiotail, tiús an tsraith eipitacsaigh, agus dópáil go fuinneamh iompróra modhnaithe chun ianú leictrea-turraing a uasmhéadú agus ianú poill a íoslaghdú. Ag an ngnóthachan comhartha aschuir choibhéiseach, taispeánann APD torann níos ísle agus sruth dorcha níos ísle. Sa bhliain 2016, thóg Sun Jianfeng et al. sraith d'ardán turgnamhach íomháithe gníomhaí léasair 1570 nm bunaithe ar an bhfóta-bhrathadóir maidhme sneachta InGaAs. Ciorcad inmheánachBrathadóir fótachódóra APDmacallaí faighte agus comharthaí digiteacha a aschur go díreach, rud a fhágann go bhfuil an gléas iomlán dlúth. Taispeántar na torthaí turgnamhacha i bhFíor (d) agus (e). Is grianghraf fisiceach den sprioc íomháithe é Fíor (d), agus is íomhá achair thríthoiseach é Fíor (e). Is léir go bhfuil achar doimhneachta áirithe ag limistéar fuinneoige limistéar c le limistéar A agus b. Faigheann an t-ardán leithead cuisle níos lú ná 10 ns, fuinneamh cuisle aonair (1 ~ 3) mJ inchoigeartaithe, uillinn réimse lionsa glactha de 2°, minicíocht athrá de 1 kHz, cóimheas dleachta braiteora de thart ar 60%. A bhuíochas le gnóthachan fótachreatha inmheánach APD, freagairt thapa, méid dlúth, marthanacht agus costas íseal, is féidir le brathadóirí fótachóimh APD a bheith ord méide níos airde i ráta braite ná brathadóirí fótachóimh PIN, mar sin is iad brathadóirí fótachóimh maidhme is mó atá i réim sa liDAR príomhshrutha reatha.

Tríd is tríd, le forbairt thapa na teicneolaíochta ullmhúcháin InGaAs sa bhaile agus thar lear, is féidir linn MBE, MOCVD, LPE agus teicneolaíochtaí eile a úsáid go sciliúil chun ciseal eipitacsach InGaAs ardcháilíochta ar limistéar mór a ullmhú ar shubstráit InP. Taispeánann fóta-bhrathadóirí InGaAs sruth dorcha íseal agus freagrúlacht ard, is ísle ná 0.75 pA/μm² an sruth dorcha is ísle, is suas le 0.57 A/W an freagrúlacht uasta, agus tá freagairt shealadach thapa acu (ord ps). Díreoidh forbairt amach anseo ar fhóta-bhrathadóirí InGaAs ar an dá ghné seo a leanas: (1) Fásann ciseal eipitacsach InGaAs go díreach ar shubstráit Si. Faoi láthair, tá formhór na bhfeistí micrileictreonacha ar an margadh bunaithe ar Si, agus is é an treocht ghinearálta an fhorbairt chomhtháite ina dhiaidh sin ar InGaAs agus Si. Tá sé ríthábhachtach fadhbanna amhail mí-oiriúnú laitíse agus difríocht chomhéifeacht leathnúcháin theirmigh a réiteach chun InGaAs/Si a staidéar; (2) Tá an teicneolaíocht tonnfhaid 1550 nm aibí, agus is é an tonnfhad sínte (2.0 ~ 2.5) μm treo an taighde amach anseo. Le méadú ar chomhpháirteanna In, beidh díláithriú agus lochtanna níos tromchúisí mar thoradh ar an neamhréir laitíse idir an tsubstráit InP agus an ciseal eipitacsach InGaAs, mar sin is gá paraiméadair phróisis an fheiste a bharrfheabhsú, na lochtanna laitíse a laghdú, agus sruth dorcha an fheiste a laghdú.