Struttura di u fotodetector InGaAs

Struttura diFotodetector InGaAs

Dapoi l'anni 1980, i circadori in casa è à l'esteru anu studiatu a struttura di i fotodetectori InGaAs, chì sò principalmente divisi in trè tippi. Si tratta di u fotodetector InGaAs metallu-semiconduttore-metallu (MSM-PD), u fotodetector InGaAs PIN (PIN-PD) è u fotodetector InGaAs Avalanche (APD-PD). Ci sò differenze significative in u prucessu di fabricazione è in u costu di i fotodetectori InGaAs cù strutture diverse, è ci sò ancu grandi differenze in e prestazioni di u dispusitivu.

U metallu-semiconduttore-metallu InGaAsfotodetettore, mostrata in a Figura (a), hè una struttura speciale basata annantu à a giunzione Schottky. In u 1992, Shi et al. anu utilizatu a tecnulugia di epitassia in fase vapore metallo-organica à bassa pressione (LP-MOVPE) per fà cresce strati di epitassia è anu preparatu un fotodetector InGaAs MSM, chì hà una alta reattività di 0,42 A/W à una lunghezza d'onda di 1,3 μm è una corrente di bughjura inferiore à 5,6 pA/μm² à 1,5 V. In u 1996, zhang et al. anu utilizatu l'epitassia à fasciu moleculare in fase gassosa (GSMBE) per fà cresce u stratu di epitassia InAlAs-InGaAs-InP. U stratu InAlAs hà mostratu caratteristiche di alta resistività, è e cundizioni di crescita sò state ottimizzate da a misurazione di diffrazione di raggi X, in modu chì a discrepanza di reticolo trà i strati InGaAs è InAlAs era in l'intervallu di 1×10⁻³. Questu si traduce in prestazioni di u dispusitivu ottimizzate cù una corrente di scuru inferiore à 0,75 pA/μm² à 10 V è una risposta transitoria rapida finu à 16 ps à 5 V. In generale, u fotodetector di struttura MSM hè simplice è faciule da integrà, mustrendu una bassa corrente di scuru (ordine pA), ma l'elettrodu metallicu riducerà l'area di assorbimentu di luce efficace di u dispusitivu, dunque a risposta hè più bassa di altre strutture.

U fotodetector PIN InGaAs inserisce un stratu intrinsecu trà u stratu di cuntattu di tipu P è u stratu di cuntattu di tipu N, cum'è mostratu in a Figura (b), chì aumenta a larghezza di a regione di svuotamentu, irradiendu cusì più coppie elettrone-lacuna è furmendu una fotocorrente più grande, dunque hà eccellenti prestazioni di conduzione elettronica. In u 2007, A.Poloczek et al. anu utilizatu MBE per fà cresce un stratu buffer à bassa temperatura per migliurà a rugosità di a superficia è superà a discrepanza di reticolo trà Si è InP. MOCVD hè statu utilizatu per integrà a struttura PIN InGaAs nantu à u substratu InP, è a reattività di u dispusitivu era di circa 0,57 A / W. In u 2011, u Laboratoriu di Ricerca di l'Armata (ALR) hà utilizatu fotodetector PIN per studià un imager liDAR per a navigazione, l'evità di ostaculi / collisioni è a rilevazione / identificazione di bersagli à corta distanza per picculi veiculi terrestri senza pilota, integratu cù un chip amplificatore à microonde à bassu costu chì hà migliuratu significativamente u rapportu segnale-rumore di u fotodetector PIN InGaAs. Nantu à sta basa, in u 2012, ALR hà utilizatu questu imager liDAR per i robot, cù una portata di rilevazione di più di 50 m è una risoluzione di 256 × 128.

L'InGaAsfotorilevatore di valangahè un tipu di fotodetector cù guadagnu, a struttura di u quale hè mostrata in a Figura (c). A coppia elettrone-lacuna ottiene abbastanza energia sottu l'azione di u campu elettricu in a regione di radduppiu, in modu da scontrà si cù l'atomu, generà nuove coppie elettrone-lacuna, furmà un effettu di valanga è multiplicà i purtatori di non equilibriu in u materiale. In u 2013, George M hà utilizatu MBE per cultivà leghe InGaAs è InAlAs currispondenti à reticolo nantu à un substratu InP, utilizendu cambiamenti in a cumpusizione di a lega, u spessore di u stratu epitassiale è u doping per modulà l'energia di u purtatore per massimizà l'ionizazione elettroshock mentre minimizza l'ionizazione di i lacune. À u guadagnu di u signale di uscita equivalente, APD mostra un rumore più bassu è una corrente scura più bassa. In u 2016, Sun Jianfeng et al. anu custruitu un inseme di piattaforme sperimentali di imaging laser attivu 1570 nm basate nantu à u fotodetector di valanga InGaAs. U circuitu internu diFotodetector APDhà ricevutu echi è hà emessu direttamente segnali digitali, rendendu tuttu u dispusitivu compactu. I risultati sperimentali sò mostrati in a FIG. (d) è (e). A figura (d) hè una foto fisica di u bersagliu di l'imaghjini, è a figura (e) hè una maghjina di distanza tridimensionale. Si pò vede chjaramente chì l'area di a finestra di l'area c hà una certa distanza di prufundità cù l'area A è b. A piattaforma realizza una larghezza di impulsu inferiore à 10 ns, energia di impulsu unicu (1 ~ 3) mJ regulabile, angulu di campu di lente di ricezione di 2°, frequenza di ripetizione di 1 kHz, rapportu di travagliu di u detector di circa 60%. Grazie à u guadagnu di fotocorrente interna di l'APD, a risposta rapida, a dimensione compatta, a durabilità è u bassu costu, i fotodetector APD ponu esse un ordine di grandezza più altu in a velocità di rilevazione chè i fotodetector PIN, dunque l'attuale liDAR mainstream hè principalmente duminatu da i fotodetector a valanga.

In generale, cù u rapidu sviluppu di a tecnulugia di preparazione InGaAs in casa è à l'esteru, pudemu aduprà abilmente MBE, MOCVD, LPE è altre tecnulugie per preparà un stratu epitassiale InGaAs di alta qualità di grande superficia nantu à u substratu InP. I fotodetector InGaAs mostranu una bassa corrente scura è una alta reattività, a corrente scura più bassa hè inferiore à 0,75 pA/μm², a reattività massima hè finu à 0,57 A/W, è hà una risposta transitoria rapida (ordine ps). U sviluppu futuru di i fotodetector InGaAs si concentrerà nantu à i dui aspetti seguenti: (1) U stratu epitassiale InGaAs hè cultivatu direttamente nantu à u substratu Si. Attualmente, a maiò parte di i dispositivi microelettronici in u mercatu sò basati nantu à Si, è u sviluppu integratu successivu di InGaAs è basatu nantu à Si hè a tendenza generale. Risolve prublemi cum'è a discrepanza di reticolo è a differenza di coefficienti di dilatazione termica hè cruciale per u studiu di InGaAs/Si; (2) A tecnulugia di lunghezza d'onda di 1550 nm hè matura, è a lunghezza d'onda estesa (2,0 ~ 2,5) μm hè a futura direzzione di ricerca. Cù l'aumentu di i cumpunenti In, a discrepanza di reticolo trà u substratu InP è u stratu epitassiale InGaAs porterà à dislocazioni è difetti più serii, dunque hè necessariu ottimizà i parametri di prucessu di u dispusitivu, riduce i difetti di reticolo è riduce a corrente scura di u dispusitivu.