מבנה פוטו -גלאי אינגאס

מבנה שלגלאי פוטו של אינגאס

מאז שנות השמונים, חוקרים בבית ובחו"ל חקרו את מבנה הפוטו -גלאים של אינגאס, המחולקים בעיקר לשלושה סוגים. הם אינגאס פוטו-גלאר-מוליך-מוליך-מתכת (MSM-PD), פוטו-גלאר פין אינגאס (PIN-PD) ו- IngaAs Avalanche Photodectore (APD-PD). ישנם הבדלים משמעותיים בתהליך הייצור ובעלות של פוטו -גלאי IngaAs עם מבנים שונים, ויש גם הבדלים גדולים בביצועי המכשיר.

מוליך מוליך-מוליך-מוליך-מוליך מתכתגלאי פוטו, המוצג באיור (א), הוא מבנה מיוחד המבוסס על צומת שוטקי. בשנת 1992, Shi et al. השתמשו בטכנולוגיית אפיטקסי של אדי מתכת-אורגנית בלחץ נמוך (LP-MOVPE) כדי לגדל שכבות אפיטקסיה והכין IngaAS MSM פוטו-גלאר, שיש לו היענות גבוהה של 0.42 A/ W באורך גל של 1.3 מיקרומטר וזרם כהה נמוך מ- 5.6 PA/ מיקרומטר ב 1.5 V. בשנת 1996, Zhang et al. משומש שלב גז מולקולרי אפיטקסיה (GSMBE) כדי לגדל את שכבת האפיטקסיה של אינאלאס-אינגאאס. שכבת האינאלאס הראתה מאפייני התנגדות גבוהים, ותנאי הגידול עברו אופטימיזציה על ידי מדידת דיפרקציה של רנטגן, כך שאי התאמת הסריג בין שכבות אינגאס לשכבות אינאלאס הייתה בטווח של 1 × 10⁻ החל. התוצאה היא ביצועי מכשיר אופטימיזציה עם זרם כהה מתחת ל 0.75 Pa/מיקרומטר ² ב -10 וולט ותגובה חולפת מהירה עד 16 ps ב -5 V. בסך הכל, הצילום של מבנה MSM פשוט וקל לשילוב, ומראה זרם כהה נמוך (סדר PA), אך אלקטרודת המתכת תפחית את שטח הספיגה האור היעיל של המכשיר, כך שהתגובה נמוכה יותר ממבנים אחרים.

גלאי הצילום של IngaAs מכניס שכבה מהותית בין שכבת המגע מסוג P לשכבת המגע מסוג N, כפי שמוצג באיור (ב), מה שמגדיל את רוחב אזור ההידלדלות, ובכך מקרין זוגות יותר חור אלקטרונים ויוצר צילום גדול יותר, ולכן יש לו ביצועי הולכה אלקטרוניים מצוינים. בשנת 2007, A.Poloczek et al. השתמש ב- MBE כדי לגדל שכבת חיץ בטמפרטורה נמוכה כדי לשפר את חספוס פני השטח ולהתגבר על אי התאמת הסריג בין SI ל- INP. MOCVD שימש לשילוב מבנה סיכת IngaAS על מצע ה- INP, וההיענות של המכשיר הייתה בערך 0.57A /W. בשנת 2011, מעבדת המחקר של הצבא (ALR) השתמשה במגזרי פוטו של PIN כדי לחקור תמונת לידר לניווט, הימנעות מכשולים/התנגשות, וגילוי/זיהוי יעד לטווח קצר עבור כלי רכב קרקע קטנים בלתי מאוישים, המשולבים בשבב של מגבר מיקרוגל בעלות נמוכה, ששיפר באופן משמעותי את יחס האות לרעש של גבר הפוטו-קטור של האות לאינגלס. על בסיס זה, בשנת 2012, ALR השתמש ב- Lidar Imager זה לרובוטים, עם טווח גילוי של יותר מ- 50 מ 'ורזולוציה של 256 × 128.

האינגאאסגלאי פוטו של Avalancheהוא סוג של גלאי פוטו עם רווח, שמבנהו מוצג באיור (ג). זוג חור האלקטרונים משיג מספיק אנרגיה בפעולה של השדה החשמלי באזור הכפלה, כדי להתנגש באטום, לייצר זוגות חור אלקטרונים חדשים, יוצרים אפקט מפולת, ולהכפיל את נושאי הלא-שיוויון בחומר. בשנת 2013, ג'ורג 'M השתמש ב- MBE כדי לגדל סריג תואמים את IngaAs וסגסוגות אינאלאס על מצע INP, תוך שימוש בשינויים בהרכב הסגסוגת, עובי השכבה האפיטקסיאלית, וסמים לאנרגיה נשאית למודול כדי למקסם את היינון האלקטרוני -יינון תוך צמצום מיינון החור. ברווח אות הפלט המקביל, APD מציג רעש נמוך יותר וזרם כהה נמוך יותר. בשנת 2016, סאן ג'יאנפנג ואח '. בנה קבוצה של 1570 ננומטר פלטפורמה ניסיונית של הדמיה פעילה לייזר על בסיס פוטו -גלאי Angaas Avalanche. המעגל הפנימי שלAPD Photodectoreהתקבלו הדים ופלט ישירות אותות דיגיטליים, מה שהופך את כל המכשיר לקומפקט. תוצאות הניסוי מוצגות באיור. (ד) ו- (ה). איור (ד) הוא תמונה פיזית של יעד ההדמיה, ואיור (ה) הוא תמונת מרחק תלת מימדית. ניתן לראות בבירור כי לאזור החלון באזור C יש מרחק עומק מסוים עם שטח A ו- B. הפלטפורמה מממשת רוחב הדופק פחות מ -10 NS, אנרגיית דופק יחידה (1 ~ 3) MJ מתכווננת, מקבלת זווית שדה עדשה של 2 °, תדר חזרה של 1 קילו הרץ, יחס חובה של גלאי של כ- 60%. הודות לרווח הפוטו -זרם הפנימי של APD, תגובה מהירה, גודל קומפקטי, עמידות ועלות נמוכה, פוטו -גטורי פוטו של APD יכולים להיות סדר גודל גבוה יותר בקצב הגילוי מאשר גלאי פוטו -גלאי סיכות, כך שה- LIDAR הזרם הנוכחי נשלט בעיקר על ידי גירויי מפול.

בסך הכל, עם התפתחות מהירה של טכנולוגיית ההכנה של אינגאס בבית ומחוצה לה, אנו יכולים להשתמש במיומנות MBE, MOCVD, LPE וטכנולוגיות אחרות כדי להכין שכבה אפיטקסיאלית של INP באיכות גבוהה. גזורי פוטו של IngaAS מציגים זרם כהה נמוך ותגובתיות גבוהה, הזרם הכהה הנמוך ביותר נמוך מ- 0.75 PA/מיקרומטר ², ההיענות המרבית היא עד 0.57 A/W, ובעלת תגובה חולפת מהירה (סדר PS). ההתפתחות העתידית של PhotoDetectors של INGAAS תתמקד בשני ההיבטים הבאים: (1) שכבה אפיטקסיאלית של INGAAS מגדלת ישירות על מצע SI. נכון לעכשיו, מרבית המכשירים המיקרואלקטרוניים בשוק מבוססים על SI, והפיתוח המשולב לאחר מכן של INGAAs ו- SI מבוסס הוא המגמה הכללית. פתרון בעיות כמו אי התאמה של סריג והבדל מקדם התפשטות תרמית הוא קריטי למחקר של INGAAS/SI; (2) טכנולוגיית אורך הגל של 1550 ננומטר הייתה בוגרת, ואורך הגל המורחב (2.0 ~ 2.5) מיקרומטר הוא כיוון המחקר העתידי. עם העלייה של הרכיבים, אי התאמת הסריג בין מצע INP לשכבה אפיטקסיאלית של INGAAs תוביל לניתוק וליקויים חמורים יותר, כך שיש צורך לבצע אופטימיזציה של פרמטרי תהליך המכשיר, להפחית את פגמי הסריג ולהפחית את הזרם האפל של המכשיר.