Структура фотоприемника Ingaas

СтруктураИНГААС ФОТОДЕЙТОР

С 1980 -х годов исследователи дома и за рубежом изучали структуру фотоодекторов Ingaas, которые в основном разделены на три типа. Они представляют собой фотоприемник Ingaas Metal-Semoductor-Metal (MSM-PD), PIN-фотоприемник Ingaas (PIN-PD) и Photodetector INGAAS Avalanche (APD-PD). Существуют значительные различия в процессе изготовления и стоимости фотоодекторов Ingaas с различными конструкциями, а также существуют большие различия в производительности устройства.

Металлический металл-металлфотоприемник, показано на рисунке (а), является специальной структурой, основанной на перекрестке Шоттки. В 1992 году Shi et al. Использовал технологию эпитаксии с низким давлением, для выращивания слоев эпитаксии, для выращивания слоев эпитаксии и приготовленного фотоприемника Ingaas MSM, который имеет высокую отзывчивость 0,42 а/ В. Используемая газовая фазовая молекулярная пучка эпитаксии (GSMBE) для выращивания слоя эпитаксии Inalas-Ingaas-Inp. Слой Inalas показал высокие характеристики удельного сопротивления, а условия роста были оптимизированы путем измерения рентгеновских дифракций, так что несоответствие решетки между слоями Ingaas и Inalas находилось в диапазоне 1 × 10⁻³. Это приводит к оптимизированной производительности устройства с темным током ниже 0,75 PA/мкм² при 10 В и быстром переходном отклике до 16 пс при 5 В. В целом фотосессион структуры MSM прост в интеграции, показывая низкий темный ток (PA ORDE), но металлический электрод уменьшит эффективную область поглощения света устройства, поэтому ответ ниже других структур.

PIN-фотоприемник IngAAS вставляет внутренний слой между контактным слоем P-типа и контактным слоем N-типа, как показано на рисунке (B), который увеличивает ширину области истощения, что излучает больше паров электронных отверстий и образует больший фототокус, поэтому он обладает превосходными характеристиками электронного проводимости. В 2007 году A.Poloczek et al. Используется MBE для выращивания низкотемпературного буферного слоя, чтобы улучшить шероховатость поверхности и преодолеть несоответствие решетки между Si и INP. MoCVD использовался для интеграции конструкции PIN Ingaas на подложку INP, а отзывчивость устройства составляла около 0,57a /w. В 2011 году Исследовательская лаборатория армии (ALR) использовала PIN-фотоодекторы для изучения лидарского изображения для навигации, препятствий/избегания столкновений, а также определения/идентификации целей с краткосрочным диапазоном для небольших беспилотных наземных транспортных средств, интегрированных с низкокачественным микроволновым чипом для микроволнового усилителя. Исходя из этого, в 2012 году ALR использовал этот лидарный изображение для роботов, с диапазоном обнаружения более 50 м и разрешением 256 × 128.

ИнгасЛавинный фотоприемникэто своего рода фотоприемник с усилением, структура которого показана на рисунке (с). Пара электронных дыр получает достаточное количество энергии под действием электрического поля внутри области удвоения, чтобы столкнуться с атом, генерировать новые пары электронных отверстий, образуют лавинный эффект и умножение неравновесных носителей в материале. В 2013 году Джордж М. использовал MBE для выращивания решетки, соответствующих сплавам Ingaas и Inalas на подложке INP, используя изменения в составе сплавов, толщину эпитаксиального слоя и легирующего к модулированной энергии носителя для максимизации ионизации электрошока при минимизации ионизации отверстий. При эквивалентном усилении выходного сигнала APD показывает более низкий шум и более низкий темный ток. В 2016 году Sun Jianfeng et al. Построил набор 1570 нм лазерной экспериментальной платформы на основе фотоприемника Ingaas Avalanche. Внутренняя схемаAPD фотоприемникПолученные эхо и непосредственно выводят цифровые сигналы, делая все устройство компактным. Экспериментальные результаты показаны на рис. (D) и (e). Рисунок (D) представляет собой физическую фотографию цели визуализации, а рисунок (e) представляет собой трехмерное изображение расстояния. Ясно видно, что область окна площади C имеет определенное расстояние глубины с областью A и B. Платформа реализует ширину импульса менее 10 нс, регулируемая энергия для одиночного импульса (1 ~ 3) MJ, угол поля для получения объектива 2 °, частота повторения 1 кГц, отношение детектора примерно 60%. Благодаря внутреннему усилению фототока APD, быстрому отклику, компактному размеру, долговечности и низкой стоимости фотоодекторы APD могут быть на порядок выше по скорости обнаружения, чем фотоодекторы PIN, поэтому в текущем основном лидаре в основном преобладают ладовые фотореплекторы.

В целом, с быстрым развитием технологии подготовки Ingaas в домашних условиях и за рубежом, мы можем умело использовать MBE, MOCVD, LPE и другие технологии для подготовки высококачественного эпитаксиального уровня Ingaas на субстрате INP. Фотографии Ingaas демонстрируют низкий темный ток и высокую отзывчивость, самый низкий темный ток ниже 0,75 PA/мкм², максимальная отзывчивость составляет до 0,57 А/Вт и имеет быстрый переходный ответ (порядок PS). Будущее развитие фотоодекторов Ingaas будет сосредоточено на следующих двух аспектах: (1) эпитаксиальный слой Ingaas напрямую выращивается на подложке SI. В настоящее время большинство микроэлектронных устройств на рынке основаны на SI, а последующая интегрированная разработка Ingaas и Si является общей тенденцией. Решение таких проблем, как несоответствие решетки и разница в коэффициентах термического расширения имеет решающее значение для изучения Ingaas/Si; (2) Технология волны 1550 нм была зрелой, а расширенная длина волны (2,0 ~ 2,5) мкм является будущим направлением исследования. С увеличением компонентов несоответствие решетки между подложкой INP и эпитаксиальным слоем Ingaas приведет к более серьезным дислокациям и дефектам, поэтому необходимо оптимизировать параметры процесса устройства, уменьшить дефекты решетки и уменьшить темный ток устройства.