Pêkhateya fotodetektora InGaAs

PêkhateyaFotodetektora InGaAs

Ji salên 1980an vir ve, lêkolînerên li welêt û derveyî welêt avahiya fotodetektorên InGaAs lêkolîn kirine, ku bi giranî di sê celeb de têne dabeş kirin. Ew fotodetektora metal-Nîvconductor-metal a InGaAs (MSM-PD), Photodetektora PIN a InGaAs (PIN-PD), û Photodetektora Avalanche ya InGaAs (APD-PD) ne. Di pêvajoya çêkirinê û lêçûna fotodetektorên InGaAs ên bi avahiyên cûda de cûdahiyên girîng hene, û her weha di performansa cîhazê de cûdahiyên mezin hene.

Metalê InGaAs-nîvconductor-metalfotodetektor, ku di Wêne (a) de tê nîşandan, avahiyek taybetî ye ku li ser bingeha girêdana Schottky ye. Di sala 1992an de, Shi û hevkarên wî teknolojiya epitaksiya qonaxa buhara metal-organîk a zexta nizm (LP-MOVPE) bikar anîn da ku tebeqeyên epitaksiyê mezin bikin û fotodetektora InGaAs MSM amade kirin, ku bersivek bilind a 0.42 A/W di dirêjahiya pêlê ya 1.3 μm û herikek tarî ya ji 5.6 pA/μm² kêmtir di 1.5 V de heye. Di sala 1996an de, zhang û hevkarên wî epitaksiya tîrêjê molekulî ya qonaxa gazê (GSMBE) bikar anîn da ku tebeqeya epitaksiya InAlAs-InGaAs-InP mezin bikin. Tebeqeya InAlAs taybetmendiyên berxwedanê yên bilind nîşan da, û şert û mercên mezinbûnê bi pîvandina difraksiyona tîrêjên X-ê hatin çêtirkirin, da ku nelihevhatina tora di navbera tebeqeyên InGaAs û InAlAs de di nav rêza 1×10⁻³ de be. Ev yek dibe sedema performansa cîhazê ya çêtirîn bi herika tarî ya li jêr 0.75 pA/μm² li 10 V û bersiveke demkî ya bilez heta 16 ps li 5 V. Bi tevayî, fotodetektora avahiya MSM hêsan û entegre ye, herika tarî ya nizm nîşan dide (rêza pA), lê elektroda metalî dê qada vegirtina ronahiyê ya bi bandor a cîhazê kêm bike, ji ber vê yekê bersiv ji avahiyên din kêmtir e.

Fotodetektora PIN a InGaAs, wekî ku di Wêne (b) de tê xuyang kirin, tebeqeyek hundurîn di navbera tebeqeya têkiliyê ya tîpa P û tebeqeya têkiliyê ya tîpa N de datîne, ku firehiya herêma kêmbûnê zêde dike, bi vî rengî bêtir cotên elektron-qulikê diweşîne û fotoherêkek mezintir çêdike, ji ber vê yekê performansa rêveçûna elektronê pir baş e. Di sala 2007an de, A.Poloczek û hevkarên wî MBE bikar anîn da ku tebeqeyek tamponê ya germahiya nizm mezin bikin da ku hişkiya rûyê baştir bikin û nelihevhatina torê ya di navbera Si û InP de derbas bikin. MOCVD ji bo entegrekirina avahiya PIN a InGaAs li ser substrata InP hate bikar anîn, û bersivdayîna cîhazê nêzîkî 0.57A /W bû. Di sala 2011an de, Laboratuwara Lêkolînê ya Artêşê (ALR) fotodetektorên PIN bikar anîn da ku wênekêşek liDAR-ê ji bo navîgasyon, dûrketina ji astengî/pevçûnê, û tespîtkirin/naskirina hedefa menzîla kurt ji bo wesayîtên erdê yên bêmirov ên piçûk lêkolîn bikin, ku bi çîpek amplîfîkatorê mîkropêlê ya erzan ve hatî entegre kirin ku rêjeya sînyala-deng a fotodetektora PIN a InGaAs bi girîngî baştir kir. Li ser vê bingehê, di sala 2012an de, ALR ev wênekêşa liDAR-ê ji bo robotan bi kar anî, bi menzîla tespîtkirinê ya ji 50 m zêdetir û çareseriya wê 256 × 128.

InGaAsfotodetektora berfêcureyekî fotodetektorê ye ku xwedî qezencê ye, avahiya wê di Wêne (c) de tê nîşandan. Cotek elektron-qulik di bin bandora zeviya elektrîkê ya di herêma duqatkirinê de enerjiya têr bi dest dixe, da ku bi atomê re li hev bikeve, cotên elektron-qulikê yên nû çêbike, bandora lehiyê çêbike, û hilgirên ne-hevsengiyê di materyalê de zêde bike. Di sala 2013-an de, George M MBE bikar anî da ku alavên InGaAs û InAlAs ên lihevhatî yên tora elektrîkê li ser substratek InP mezin bike, bi karanîna guhertinên di pêkhateya alavên, qalindahiya qata epîtaksîyal, û dopkirina enerjiya hilgirê modulkirî da ku îyonîzasyona elektroşokê herî zêde bike dema ku îyonîzasyona qulikê kêm bike. Di qezenca sînyala derketinê ya wekhev de, APD dengek kêmtir û herika tarî ya kêmtir nîşan dide. Di sala 2016-an de, Sun Jianfeng û hevkarên wî komek platformek ceribandinê ya wênekirina çalak a lazerê ya 1570 nm li ser bingeha fotodetektora lehiyê ya InGaAs çêkirin. Çerxa navxweyî yaFotodetektora APDDengên wergirtî û rasterast sînyalên dîjîtal derdixe, ku tevahiya cîhazê kompakt dike. Encamên ceribandinê di Şekil (d) û (e) de têne nîşandan. Şekil (d) wêneyek fîzîkî ya hedefa wênekirinê ye, û Şekil (e) wêneyek dûr a sê-alî ye. Bi zelalî tê dîtin ku qada pencereyê ya qada c xwedî dûrbûnek kûrahiyê ya diyarkirî bi qada A û b re ye. Platform firehiya pulsê ji 10 ns kêmtir, enerjiya pulsa yekane (1 ~ 3) mJ verastkirî, goşeya qada lensê ya wergirtinê 2°, frekansa dubarekirinê 1 kHz, rêjeya erkê detektorê ya nêzîkî 60% pêk tîne. Bi saya qezenca fotoherika navxweyî ya APD, bersiva bilez, mezinahiya kompakt, domdarî û lêçûna kêm, fotodetektorên APD dikarin di rêjeya tespîtkirinê de ji fotodetektorên PIN rêzek mezinahî bilindtir bin, ji ber vê yekê liDAR-a sereke ya heyî bi piranî ji hêla fotodetektorên berfê ve tê serdest kirin.

Bi tevayî, bi pêşveçûna bilez a teknolojiya amadekirina InGaAs li welat û derveyî welat, em dikarin bi jêhatî MBE, MOCVD, LPE û teknolojiyên din bikar bînin da ku qata epitaksiyal a InGaAs a bi kalîte bilind a qadeke mezin li ser substrata InP amade bikin. Fotodetektorên InGaAs herika tarî ya kêm û bersivdayînek bilind nîşan didin, herika tarî ya herî kêm ji 0.75 pA/μm² kêmtir e, bersiva herî zêde heya 0.57 A/W ye, û bersivek demkî ya bilez heye (rêza ps). Pêşveçûna pêşerojê ya fotodetektorên InGaAs dê li ser du aliyên jêrîn bisekine: (1) Qata epitaksiyal a InGaAs rasterast li ser substrata Si tê çandin. Niha, piraniya cîhazên mîkroelektronîkî yên li sûkê li ser bingeha Si ne, û pêşveçûna yekgirtî ya paşê ya InGaAs û li ser bingeha Si meyla giştî ye. Çareserkirina pirsgirêkên wekî nelihevhatina latîsê û cûdahiya koefîsyenta berfirehbûna germî ji bo lêkolîna InGaAs/Si girîng e; (2) Teknolojiya pêlava 1550 nm gihîştiye, û dirêjahiya pêlava dirêjkirî (2.0 ~ 2.5) μm rêça lêkolînê ya pêşerojê ye. Bi zêdebûna pêkhateyên In re, nelihevhatina latîsê ya di navbera substrata InP û qata epitaksiyal a InGaAs de dê bibe sedema jihevketin û kêmasiyên cidîtir, ji ber vê yekê pêdivî ye ku parametreyên pêvajoya cîhazê werin baştirkirin, kêmasiyên latîsê werin kêmkirin, û herika tarî ya cîhazê were kêmkirin.