Cấu trúc của bộ quang điện tử Ingaas

Cấu trúc củaPhotodetector Ingaas

Kể từ những năm 1980, các nhà nghiên cứu trong và ngoài nước đã nghiên cứu cấu trúc của bộ quang điện tử Ingaas, chủ yếu được chia thành ba loại. Chúng là bộ quang điện quang-kim loại-kim loại-kim loại (MSM-PD), Ingaas Pin Photodetector (PIN-PD) và quang điện quang Avalanche (APD-PD). Có sự khác biệt đáng kể trong quá trình chế tạo và chi phí của bộ quang điện tử Ingaas với các cấu trúc khác nhau, và cũng có sự khác biệt lớn về hiệu suất của thiết bị.

Các Ingaas kim loại-semeMonductor-kim loạiPhotodetector, được hiển thị trong Hình (a), là một cấu trúc đặc biệt dựa trên ngã ba Schottky. Năm 1992, Shi et al. đã sử dụng công nghệ epitax pha kim loại-hữu cơ áp suất thấp (LP-MoVPE) để phát triển các lớp epitaxy và chuẩn bị quang điện tử MSM, có khả năng đáp ứng cao 0,42 A/ W ở bước sóng 1,3 μM và dòng điện tối thấp hơn 5,6 pa/ m. đã sử dụng epitaxy phân tử pha khí (GSMBE) để phát triển lớp epitaxy inalas-ingaas-inp. Lớp Inalas cho thấy các đặc tính điện trở suất cao và các điều kiện tăng trưởng được tối ưu hóa bằng phép đo nhiễu xạ tia X, do đó, mạng không khớp giữa các lớp IngaAs và Inalas nằm trong phạm vi 1 × 10⁻³. Điều này dẫn đến hiệu suất thiết bị được tối ưu hóa với dòng điện tối dưới 0,75 pa/m² ở mức 10 V và đáp ứng thoáng qua nhanh lên đến 16 ps ở 5 V. Nhìn chung, bộ điều chỉnh cấu trúc MSM rất đơn giản và dễ dàng tích hợp, hiển thị dòng tối tối (thứ tự PA), nhưng điện cực kim loại sẽ làm giảm diện tích hấp thụ ánh sáng hiệu quả của thiết bị, vì vậy phản ứng thấp hơn.

Photodetector pin Ingaas chèn một lớp nội tại giữa lớp tiếp xúc loại P và lớp tiếp xúc loại N, như trong hình (b), làm tăng chiều rộng của vùng suy giảm, do đó tạo ra nhiều cặp lỗ điện tử hơn và tạo thành một quang điện lớn hơn, nó có hiệu suất phụ âm tuyệt vời. Năm 2007, A.Poloczek et al. Được sử dụng MBE để phát triển lớp đệm nhiệt độ thấp để cải thiện độ nhám bề mặt và khắc phục sự không phù hợp mạng giữa SI và INP. MOCVD đã được sử dụng để tích hợp cấu trúc pin IngaAs trên đế INP và khả năng đáp ứng của thiết bị là khoảng 0,57a /w. Vào năm 2011, Phòng thí nghiệm nghiên cứu quân đội (ALR) đã sử dụng bộ điều hòa pin PIN để nghiên cứu một hình ảnh nắp để điều hướng, tránh chướng ngại vật/va chạm và phát hiện/nhận dạng mục tiêu tầm ngắn cho các phương tiện mặt đất không người lái nhỏ, tích hợp với chip khuếch đại vi sóng chi phí thấp. Trên cơ sở này, vào năm 2012, ALR đã sử dụng máy ảnh nắp này cho robot, với phạm vi phát hiện hơn 50 m và độ phân giải 256 × 128.

IngaasAvalanche Photodetectorlà một loại quang điện tử có mức tăng, cấu trúc của nó được hiển thị trong Hình (c). Cặp lỗ điện tử thu được đủ năng lượng dưới tác động của điện trường bên trong vùng nhân đôi, để va chạm với nguyên tử, tạo ra các cặp lỗ điện tử mới, tạo thành hiệu ứng tuyết lở và nhân các chất mang không cân bằng trong vật liệu. Vào năm 2013, George M đã sử dụng MBE để phát triển mạng lưới phù hợp với các hợp kim IngaAs và Inalas trên chất nền INP, sử dụng các thay đổi trong thành phần hợp kim, độ dày lớp epiticular và pha tạp thành năng lượng sóng mang được điều chế để tối đa hóa ion hóa điện tử trong khi giảm thiểu ion hóa lỗ. Ở mức tăng tín hiệu đầu ra tương đương, APD hiển thị nhiễu thấp hơn và dòng tối thấp hơn. Năm 2016, Sun Jianfeng et al. Được xây dựng một bộ gồm nền tảng thử nghiệm hình ảnh hoạt động laser 1570nm dựa trên bộ quang điện quang Avalanche Ingaas. Mạch bên trong củaPhotodetector APDnhận được tiếng vang và tín hiệu kỹ thuật số đầu ra trực tiếp, làm cho toàn bộ thiết bị nhỏ gọn. Các kết quả thí nghiệm được thể hiện trong hình. (d) và (e). Hình (d) là một bức ảnh vật lý của mục tiêu hình ảnh và hình (e) là hình ảnh khoảng cách ba chiều. Có thể thấy rõ rằng diện tích cửa sổ của khu vực C có khoảng cách sâu nhất định với diện tích A và b. Nền tảng nhận ra chiều rộng xung dưới 10 ns, năng lượng xung đơn (1 ~ 3) MJ có thể điều chỉnh, nhận góc trường ống kính 2 °, tần số lặp lại là 1 kHz, tỷ lệ nhiệm vụ của máy dò khoảng 60%. Nhờ mức tăng quang điện bên trong của APD, phản ứng nhanh, kích thước nhỏ gọn, độ bền và chi phí thấp, bộ quang điện tử APD có thể là một thứ tự có tốc độ phát hiện cao hơn tốc độ phát hiện so với các bộ quang điện tử, do đó, nắp chính hiện tại bị chi phối bởi các bộ quang điện tử Avalanche.

Nhìn chung, với sự phát triển nhanh chóng của công nghệ chuẩn bị IngaAs trong và ngoài nước, chúng ta có thể khéo léo sử dụng MBE, MOCVD, LPE và các công nghệ khác để chuẩn bị lớp epiticular cực lớn của IngaaS Epiticult chất lượng cao trên chất nền INP. Bộ điều chỉnh Ingaas thể hiện dòng tối thấp và khả năng đáp ứng cao, dòng tối thấp nhất thấp hơn 0,75 pA/m², khả năng đáp ứng tối đa lên tới 0,57 A/W và có phản ứng thoáng qua nhanh (thứ tự PS). Sự phát triển trong tương lai của bộ quang điện tử Ingaas sẽ tập trung vào hai khía cạnh sau: (1) Lớp epiticular của Ingaas được phát triển trực tiếp trên chất nền SI. Hiện tại, hầu hết các thiết bị vi điện tử trên thị trường đều dựa trên SI và sự phát triển tích hợp tiếp theo của IngaaS và SI là xu hướng chung. Giải quyết các vấn đề như không phù hợp mạng và sự khác biệt hệ số mở rộng nhiệt là rất quan trọng cho việc nghiên cứu IngaaS/SI; (2) Công nghệ bước sóng 1550nm đã trưởng thành và bước sóng mở rộng (2.0 ~ 2.5) μM là hướng nghiên cứu trong tương lai. Với sự gia tăng của các thành phần, lớp mạng không khớp giữa chất nền INP và lớp epiticular IngaaS sẽ dẫn đến trật khớp và khuyết tật nghiêm trọng hơn, do đó cần phải tối ưu hóa các tham số quy trình thiết bị, giảm các khiếm khuyết mạng và giảm dòng tối của thiết bị.