Ìṣètò ti olùwádìí fọ́tò InGaAs

Ìṣètò tiOlùwádìí fọ́tò InGaAs

Láti ọdún 1980, àwọn olùwádìí nílé àti lókè òkun ti ṣe àyẹ̀wò ìṣètò àwọn fọ́tò InGaAs, èyí tí a pín sí oríṣi mẹ́ta. Wọ́n jẹ́ InGaAs metal-Semiconductor-metal photodetector (MSM-PD), InGaAs PIN Photodetector (PIN-PD), àti InGaAs Avalanche Photodetector (APD-PD). Àwọn ìyàtọ̀ pàtàkì wà nínú iṣẹ́ ṣíṣe àti iye owó àwọn fọ́tòdetector InGaAs pẹ̀lú onírúurú ìṣètò, àti àwọn ìyàtọ̀ ńlá tún wà nínú iṣẹ́ ẹ̀rọ.

Irin-irin-semikonductor-irin InGaAsolùwádìí fọ́tò, tí a fihàn nínú Àwòrán (a), jẹ́ ìṣètò pàtàkì kan tí ó dá lórí ìsopọ̀ Schottky. Ní ọdún 1992, Shi àti àwọn ẹlẹgbẹ́ rẹ̀ lo ìmọ̀-ẹ̀rọ epitaxy phase metal-organic vapor phase (LP-MOVPE) láti gbin àwọn fẹlẹfẹlẹ epitaxy wọ́n sì pèsè InGaAs MSM photodetector, èyí tí ó ní ìdáhùn gíga ti 0.42 A/W ní ìgbì omi ti 1.3 μm àti ìṣàn dúdú tí ó wà ní ìsàlẹ̀ ju 5.6 pA/ μm² lọ ní 1.5 V. Ní ọdún 1996, zhang àti àwọn ẹlẹgbẹ́ rẹ̀ lo gaasi phase molecular beam epitaxy (GSMBE) láti gbin InAlAs-InGaAs-InP epitaxy Layer. InAlAs Layer fi àwọn ànímọ́ resistance gíga hàn, àti pé a ṣe àtúnṣe àwọn ipò ìdàgbàsókè nípa wíwọ̀n diffraction X-ray, kí àìbáramu lattice láàárín àwọn fẹlẹfẹlẹ InGaAs àti InAlAs wà láàárín ìwọ̀n 1×10⁻³. Èyí yóò mú kí iṣẹ́ ẹ̀rọ náà dára síi pẹ̀lú ìṣàn dúdú tí ó wà ní ìsàlẹ̀ 0.75 pA/μm² ní 10 V àti ìdáhùn ìgbà díẹ̀ kíákíá tó 16 ps ní 5 V. Ní gbogbogbòò, ẹ̀rọ atọ́ka ìṣètò MSM rọrùn àti pé ó rọrùn láti sopọ̀ mọ́ ara rẹ̀, ó ń fi ìṣàn dúdú tí ó kéré hàn (ìtò pA), ṣùgbọ́n elekitirodu irin náà yóò dín agbègbè gbígbà ìmọ́lẹ̀ tí ó munadoko nínú ẹ̀rọ náà kù, nítorí náà ìdáhùn náà kéré ju àwọn ẹ̀rọ mìíràn lọ.

Ẹ̀rọ ìwádìí PIN InGaAs fi ìpele intrinsic kan sí àárín ìpele ìfọwọ́kan P-type àti ìpele ìfọwọ́kan N-type, gẹ́gẹ́ bí a ṣe fihàn nínú Àwòrán (b), èyí tí ó mú kí ìbú agbègbè ìparẹ́ pọ̀ sí i, nípa bẹ́ẹ̀ ó ń tan ìmọ́lẹ̀ sí àwọn ìpele-ihò electron púpọ̀ sí i, ó sì ń ṣe photocurrent tó tóbi, nítorí náà ó ní iṣẹ́ ìdarí electron tó dára. Ní ọdún 2007, A.Poloczek àti àwọn ẹlẹgbẹ́ rẹ̀ lo MBE láti gbin ìpele ìtújáde ooru kékeré láti mú kí ìdàrúdàpọ̀ ojú ilẹ̀ sunwọ̀n sí i àti láti borí àìbáramu lattice láàárín Si àti InP. A lo MOCVD láti so ìpele PIN InGaAs pọ̀ mọ́ substrate InP, ìdáhùn ẹ̀rọ náà sì jẹ́ nǹkan bí 0.57A /W. Ní ọdún 2011, Ilé Ìwádìí Army Research Laboratory (ALR) lo àwọn ẹ̀rọ ìwádìí PIN láti kẹ́kọ̀ọ́ àwòrán liDAR fún ìlọ kiri, ìdènà ìdènà/ìjàmbá, àti ìwádìí/ìdámọ̀ àfojúsùn kúkúrú fún àwọn ọkọ̀ ayọ́kẹ́lẹ́ kékeré tí kò ní ọkọ̀ ayọ́kẹ́lẹ́, tí a so pọ̀ mọ́ chip amplifier microwave tí ó ní owó pọ́ọ́kú tí ó mú kí ìpíndọ́gba àmì-sí-ariwo ti ẹ̀rọ ìwádìí PIN InGaAs sunwọ̀n sí i ní pàtàkì. Lórí ìpìlẹ̀ yìí, ní ọdún 2012, ALR lo àwòrán liDAR yìí fún àwọn róbọ́ọ̀tì, pẹ̀lú ìwọ̀n ìwádìí tó ju 50 m lọ àti ìpinnu 256 × 128.

Àwọn InGaAẹ̀rọ amúṣẹ́dá fọ́tò ìṣàn omijẹ́ irú photodetector kan pẹ̀lú ere, èyí tí a fihàn nínú Àwòrán (c). Àwọn méjì-ihò elekitironi náà gba agbára tó lábẹ́ ìṣiṣẹ́ pápá iná mànàmáná nínú agbègbè ìlọ́po méjì, kí ó ba àtọ̀mù náà jà, kí ó lè ṣẹ̀dá àwọn méjì-ihò elekitironi tuntun, kí ó ṣẹ̀dá ipa òjò, kí ó sì sọ àwọn ohun èlò tí kò ní ìwọ́ntúnwọ́nsí pọ̀ nínú ohun èlò náà. Ní ọdún 2013, George M lo MBE láti gbin àwọn alloy InGaAs àti InAlAs tí ó báramu lórí substrate InP kan, nípa lílo àwọn àyípadà nínú àkójọpọ̀ alloy, sisanra fẹlẹfẹlẹ epitaxial, àti doping sí agbára ohun èlò tí a ti yípadà láti mú kí ionization electroshock pọ̀ sí i nígbàtí ó bá dín ionization ihò kù. Ní ìwọ̀n àmì ìjáde tó báramu, APD fi ariwo tí ó kéré sí i àti ìṣàn dúdú tí ó wà ní ìsàlẹ̀ hàn. Ní ọdún 2016, Sun Jianfeng àti àwọn ẹlẹgbẹ́ rẹ̀ kọ́ ipìlẹ̀ 1570 nm laser active imaging experimental platform tí ó dá lórí InGaAs avalanche photodetector.Olùwádìí fọ́tò APDÀwọn ìró tí a gbà àti àwọn àmì oní-nọ́ńbà tí ó ń jáde tààrà, èyí tí ó mú kí gbogbo ẹ̀rọ náà di kékeré. Àwọn àbájáde ìdánwò náà hàn nínú ÀWÒRÁN (d) àti (e). Àwòrán (d) jẹ́ fọ́tò ti ara ti ibi tí a fojú sí àwòrán náà, Àwòrán (e) sì jẹ́ àwòrán ìjìnnà oní-ẹ̀rọ mẹ́ta. A lè rí i kedere pé agbègbè fèrèsé ti agbègbè c ní ìjìnnà jíjìn kan pẹ̀lú agbègbè A àti b. Pẹpẹ náà rí i pé ìwọ̀n ìró náà kéré sí 10 ns, agbára ìró kan ṣoṣo (1 ~ 3) mJ tí a lè ṣe àtúnṣe, pápá lẹ́ńsì gbígbà ní igun 2°, ìgbígbà tí a tún ṣe ti 1 kHz, ìpíndọ́gba iṣẹ́ ẹ̀rọ tí ó tó 60%. Nítorí APD's inner photocurrent gain, ìdáhùn kíákíá, ìwọ̀n kékeré, agbára àti owó tí ó rẹlẹ̀, àwọn photodetectors APD le jẹ́ ìpele ìwọ̀n gíga ní ìwọ̀n ìwádìí ju àwọn photodetectors PIN lọ, nítorí náà liDAR tí ó wà lọ́wọ́lọ́wọ́ lọ́wọ́lọ́wọ́ jẹ́ àwọn photodetectors avalanche tí ń ṣe àkóso rẹ̀ jùlọ.

Ni gbogbogbo, pẹlu idagbasoke iyara ti imọ-ẹrọ igbaradi InGaAs ni ile ati ni okeere, a le lo ọgbọn pẹlu MBE, MOCVD, LPE ati awọn imọ-ẹrọ miiran lati pese fẹlẹfẹlẹ epitaxial InGaAs ti o ga julọ lori substrate InP. Awọn oluyẹwo fọto InGaAs ṣe afihan ṣiṣan dudu kekere ati idahun giga, ṣiṣan dudu ti o kere julọ kere ju 0.75 pA/μm², idahun ti o pọ julọ jẹ titi di 0.57 A/W, ati pe o ni idahun akoko iyara (ipilẹṣẹ ps). Idagbasoke ọjọ iwaju ti awọn oluyẹwo fọto InGaAs yoo dojukọ awọn apakan meji wọnyi: (1) Layer epitaxial InGaAs ni a gbin taara lori substrate Si. Ni lọwọlọwọ, pupọ julọ awọn ẹrọ microelectronic ni ọja wa ni orisun Si, ati idagbasoke ti o tẹle ti orisun InGaAs ati Si ni aṣa gbogbogbo. Ṣiṣe awọn iṣoro bii aiṣedeede lattice ati iyatọ igbohunsafẹfẹ ooru jẹ pataki fun ikẹkọ ti InGaAs/Si; (2) Ìmọ̀-ẹ̀rọ ìgbìn 1550 nm ti dàgbà, àti pé ìgbìn gígun tí ó gùn sí i (2.0 ~ 2.5) μm ni ìtọ́sọ́nà ìwádìí ọjọ́ iwájú. Pẹ̀lú ìbísí àwọn èròjà In, àìbáramu lattice láàárín substrate InP àti InGaAs epitaxial layer yóò yọrí sí ìtúpalẹ̀ àti àbùkù tí ó le koko jù, nítorí náà ó ṣe pàtàkì láti mú kí àwọn ìlànà iṣẹ́ ẹ̀rọ náà sunwọ̀n sí i, dín àbùkù lattice kù, kí o sì dín ìṣàn dúdú ẹ̀rọ náà kù.