Estrutura deFotodetector InGaas
Desde a década de 1980, os pesquisadores em casa e no exterior estudaram a estrutura dos fotodetectores de Ingaas, que são divididos principalmente em três tipos. Eles são fotodetector de metal-semicondutor de metal InGAAs (MSM-PD), fotodetetor de pino InGaas (PIN-PD) e fotodetector de Avalanche Ingaas (APD-PD). Existem diferenças significativas no processo de fabricação e no custo dos fotodetectores InGaas com diferentes estruturas, e também existem grandes diferenças no desempenho do dispositivo.
O metal-metal-semicondutor de Ingaasfotodetector, mostrado na Figura (A), é uma estrutura especial baseada na junção Schottky. Em 1992, Shi et al. Utilizou a tecnologia de epitaxia de fase de vapor orgânica de baixa pressão (LP-MOVPE) para cultivar camadas de epitaxia e preparar o fotodetector de msm InGAAs, que tem uma alta capacidade de resposta de 0,42 a/ w a um comprimento de onda de 1,3 μm e uma corrente escura menor que 5,6 pa/ μm² a 1,5 V. em 1996, Zhang. Utilizou a epitaxia do feixe molecular da fase gasosa (GSMBE) para cultivar a camada de epitaxia inalas-ingaas-inp. A camada inalas mostrou características de alta resistividade e as condições de crescimento foram otimizadas pela medição de difração de raios-X, de modo que a incompatibilidade da treliça entre as camadas de InGaas e Inalas estava dentro da faixa de 1 × 10⁻³. Isso resulta em desempenho otimizado do dispositivo com corrente escura abaixo de 0,75 pa/μm² a 10 V e resposta transitória rápida de até 16 ps a 5 V. No geral, o fotodetector de estrutura de MSM é simples e fácil de integrar, mostrando baixa corrente escura (ordem de PA), mas o eletrodo metálico reduzirá a área de absorção de luz eficaz do dispositivo, portanto a resposta é inferior a outras estruturas.
O fotodetetor de Pin Ingaas insere uma camada intrínseca entre a camada de contato do tipo P e a camada de contato do tipo N, como mostrado na Figura (B), o que aumenta a largura da região de depleção, radiando mais pares de elétrons e formando uma fotocorrente maior, portanto, possui excelente desempenho de condicionação eletrônica. Em 2007, A.Poloczek et al. Usou o MBE para cultivar uma camada tampão de baixa temperatura para melhorar a rugosidade da superfície e superar a incompatibilidade da rede entre Si e INP. O MOCVD foi usado para integrar a estrutura do pino InGaas no substrato INP, e a capacidade de resposta do dispositivo foi de cerca de 0,57a /w. Em 2011, o Laboratório de Pesquisa do Exército (ALR) usou fotodetectores de pinos para estudar um imageador LIDAR para navegação, evitar obstáculos/colisões e detecção/identificação de alvo de curto alcance para pequenos veículos moídos não tripulados, integrados a um chip de amplificador de microondas de baixo custo. Nesta base, em 2012, a ALR usou este imageador LIDAR para robôs, com uma faixa de detecção de mais de 50 me uma resolução de 256 × 128.
Os ingaasfotodetector de avalancheé um tipo de fotodetector com ganho, cuja estrutura é mostrada na Figura (c). O par de orifícios de elétrons obtém energia suficiente sob a ação do campo elétrico dentro da região de duplicação, de modo a colidir com o átomo, gerar novos pares de orifícios de elétrons, formar um efeito de avalanche e multiplicar os portadores de não equilíbrio no material. Em 2013, George M usou o MBE para cultivar ligas de treliça e ligas inalas em um substrato INP, usando alterações na composição da liga, espessura da camada epitaxial e doping para energia transportadora modulada para maximizar a ionização do eletrochoque e minimizar a ionização do orifício. No ganho de sinal de saída equivalente, a APD mostra menor ruído e menor corrente escura. Em 2016, Sun Jianfeng et al. construiu um conjunto de plataforma experimental de imagem ativa a laser de 1570 nm com base no fotodetector de Avalanche Ingaas. O circuito interno deFotodetector ADPEcos recebidos e produza diretamente sinais digitais, tornando todo o dispositivo compacto. Os resultados experimentais são mostrados na FIG. (d) e (e). A Figura (d) é uma foto física do alvo de imagem e a Figura (e) é uma imagem de distância tridimensional. Pode -se ver claramente que a área da janela da área C tem uma certa distância de profundidade com as áreas A e B. A plataforma realiza largura de pulso menor que 10 ns, energia de pulso único (1 ~ 3) MJ ajustável, ângulo de campo de lente de recebimento de 2 °, frequência de repetição de 1 kHz, razão de serviço de detector de cerca de 60%. Graças ao ganho de fotocorrente interno da APD, resposta rápida, tamanho compacto, durabilidade e baixo custo, os fotodetectores de ADP podem ser uma ordem de magnitude mais alta na taxa de detecção do que os fotodetectores de pino, o atual Lidar principal é dominado principalmente por fotodetectores de avalanche.
No geral, com o rápido desenvolvimento da tecnologia de preparação de InGAAs em casa e no exterior, podemos usar habilmente o MBE, MOCVD, LPE e outras tecnologias para preparar a camada epitaxial InGaas de alta qualidade de grande área em substrato INP. Os fotodetectores InGaas exibem baixa corrente escura e alta capacidade de resposta, a corrente mais baixa escura é menor que 0,75 pA/μm², a capacidade de resposta máxima é de 0,57 A/W e tem uma resposta transitória rápida (ordem de PS). O desenvolvimento futuro dos fotodetectores de InGaas se concentrará nos dois aspectos a seguir: (1) a camada epitaxial InGaas é cultivada diretamente no substrato SI. Atualmente, a maioria dos dispositivos microeletrônicos do mercado é baseada em SI, e o subsequente desenvolvimento integrado de InGAAs e SI é a tendência geral. Resolver problemas como incompatibilidade de treliça e diferença de coeficiente de expansão térmica é crucial para o estudo de InGaas/Si; (2) A tecnologia de comprimento de onda de 1550 nm foi madura e o comprimento de onda estendido (2,0 ~ 2,5) μm é a direção futura da pesquisa. Com o aumento dos componentes, a incompatibilidade da treliça entre o substrato INP e a camada epitaxial de Ingaas levará a luxação e defeitos mais graves, por isso é necessário otimizar os parâmetros do processo do dispositivo, reduzir os defeitos da treliça e reduzir a corrente escura do dispositivo.
Hora de postagem: maio-06-2024