D'Struktur vum InGaAs Photodetektor

D'Struktur vunInGaAs Photodetektor
Zënter den 1980er Joren ënnersichen d'Fuerscher d'Struktur vun InGaAs-Fotodetekteren, déi an dräi Haapttypen zesummegefaasst kënne ginn: InGaAs Metall, Hallefleedermetallphotodetectors(MSM-PD), InGaAsPIN-Fotodetektoren(PIN-PD), an InGaAsLawinen-Fotodetektoren(APD-PD). Et gëtt bedeitend Ënnerscheeder am Produktiounsprozess an de Käschte vun InGaAs-Fotodetektoren mat verschiddene Strukturen, an et gëtt och bedeitend Ënnerscheeder an der Leeschtung vun den Apparater.
De schematesche Diagramm vun der Struktur vum InGaAs Metall-Hallefleeder-Metall-Fotodetektor gëtt an der Figur gewisen, déi eng speziell Struktur baséiert op der Schottky-Iwwergank ass. Am Joer 1992 hunn de Shi et al. d'Technologie vun der Nidderdrock-Metallorganescher Gasphase-Epitaxie (LP-MOVPE) benotzt fir epitaktesch Schichten ze wuessen an InGaAs MSM-Fotodetektoren ze preparéieren. Den Apparat huet eng héich Reaktiounsfäegkeet vun 0,42 A/W bei enger Wellelängt vun 1,3 μm an en Däischterstroum vu manner wéi 5,6 pA/μm² bei 1,5 V. Am Joer 1996 hunn d'Fuerscher Gasphase-Molekularstrahlepitaxie (GSMBE) benotzt fir InAlAs InGaAs InP epitaktesch Schichten ze wuessen, déi héich Widderstandseigenschaften opgewise hunn. D'Wuesstumsbedingunge goufen duerch Röntgendiffraktiounsmiessunge optimiséiert, wat zu enger Gittermismatch tëscht InGaAs- an InAlAs-Schichten am Beräich vun 1 × 10⁻³ gefouert huet. Dofir gouf d'Leeschtung vum Apparat optimiséiert, mat engem Däischterstroum vu manner wéi 0,75 pA/μ m² bei 10 V an enger schneller transienter Äntwert vun 16 ps bei 5 V. Am Allgemengen huet de MSM-Struktur-Photodetektor eng einfach an einfach z'integréierend Struktur, déi e méi niddrege Däischterstroum (pA-Niveau) weist, awer d'Metallelektrode reduzéiert déi effektiv Liichtabsorptiounsfläch vum Apparat, wat zu enger méi niddreger Reaktiounsfäegkeet am Verglach mat anere Strukturen féiert.

Den InGaAs PIN Photodetektor huet eng intrinsesch Schicht, déi tëscht der P-Typ Kontaktschicht an der N-Typ Kontaktschicht agebaut ass, wéi an der Figur gewisen, wat d'Breet vun der Ofbauregioun erhéicht, wouduerch méi Elektronelächerpaaren ausgestraalt ginn an e gréissere Photostroum geformt gëtt, wat eng exzellent elektronesch Leetfäegkeet weist. Am Joer 2007 hunn d'Fuerscher MBE benotzt fir Niddregtemperatur-Pufferschichten ze wuessen, wat d'Uewerflächenrauheet verbessert an d'Gittermismatch tëscht Si an InP iwwerwonne huet. Si hunn InGaAs PIN-Strukturen op InP-Substrater mat MOCVD integréiert, an d'Reaktiounsfäegkeet vum Apparat war ongeféier 0,57 A/W. Am Joer 2011 hunn d'Fuerscher PIN-Fotodetektoren benotzt fir en LiDAR-Bildgerät mat kuerzer Reechwäit fir d'Navigatioun, d'Vermeidung vun Hindernisser/Kollisioune an d'Detektioun/Erkennung vun Ziler vu klenge onbemannte Buedemfahrzeuge z'entwéckelen. Den Apparat gouf mat engem bëllege Mikrowellenverstärkerchip integréiert, wat de Signal-Rausch-Verhältnis vun den InGaAs PIN Photodetektoren däitlech verbessert huet. Op dëser Basis hunn d'Fuerscher dësen LiDAR-Bildgebungsgerät am Joer 2012 op Roboter ugewannt, mat engem Detektiounsberäich vu méi wéi 50 Meter an enger Opléisung vun 256 × 128.
Den InGaAs Lawinenfotodetektor ass eng Zort Photodetektor mat Verstärkung, wéi am Strukturdiagramm gewisen. Elektronelächerpuer kréien ënner der Aktioun vum elektresche Feld an der Verdueblungregioun genuch Energie a kollidéieren mat Atomer fir nei Elektronelächerpuer ze generéieren, wouduerch e Lawineneffekt entsteet an d'Net-Gläichgewiichtsladungsträger am Material verduebelt ginn. Am Joer 2013 hunn d'Fuerscher MBE benotzt fir Gitter-vergläichbar InGaAs- an InAlAs-Legierungen op InP-Substrater ze wuessen, andeems se d'Dréierenergie duerch Ännerungen an der Legierungszesummesetzung, der epitaktischer Schichtdicke an dem Dotieren moduléiert hunn, wouduerch d'Elektroschockioniséierung maximéiert gouf an d'Lachioniséierung miniméiert gouf. Ënner engem gläichwäertege Ausgangssignalverstärkung weist APD e gerénge Rauschen an e méi niddrege Däischterstroum op. Am Joer 2016 hunn d'Fuerscher eng 1570 nm Laseraktivbildgebungsexperimentell Plattform baséiert op InGaAs Lawinenfotodetektoren gebaut. Den internen Circuit vumAPD-Fotodetektorempfaangen Echoen an direkt digital Signaler ausginn, wouduerch den ganzen Apparat kompakt ass. Déi experimentell Resultater sinn an de Figuren (d) an (e) gewisen. Figur (d) ass eng physikalesch Foto vum Bildgebungsziel, an Figur (e) ass en dräidimensionalt Distanzbild. Et ass kloer ze gesinn, datt d'Fënsterfläch an der Zon C eng gewëssen Déiftdistanz vun den Zonen A a B huet. Dës Plattform erreecht eng Pulsbreet vu manner wéi 10 ns, justierbar Eenzelpulsenergie (1-3) mJ, e Siichtfeldwénkel vun 2° fir d'Sende- an Empfangslënsen, eng Widderhuelungsquote vun 1 kHz an en Detektorduty Cycle vun ongeféier 60%. Dank dem internen Photostroumverstärkung, der schneller Reaktioun, der kompakter Gréisst, der Haltbarkeet an den niddrege Käschte vun APD kënnen APD-Fotodetektoren eng Detektiounsquote erreechen, déi eng Gréisstenuerdnung méi héich ass wéi PIN-Fotodetektoren. Dofir benotzt de Mainstream-Laserradar de Moment haaptsächlech Lawinenfotodetektoren.