Uppbygging InGaAs ljósnema

Uppbygging áInGaAs ljósnemi

Frá því á níunda áratugnum hafa vísindamenn heima og erlendis rannsakað uppbyggingu InGaAs ljósnema sem eru aðallega skipt í þrjár gerðir. Þeir eru InGaAs málm-hálfleiðara-málm ljósnemi (MSM-PD), InGaAs PIN ljósnemi (PIN-PD) og InGaAs snjóflóðaljósnemi (APD-PD). Það er verulegur munur á framleiðsluferlinu og kostnaði InGaAs ljósnema með mismunandi uppbyggingu og einnig er mikill munur á afköstum tækisins.

InGaAs málm-hálfleiðara-málmurljósnemi, sýnt á mynd (a), er sérstakt mannvirki sem byggir á Schottky mótum. Árið 1992, Shi o.fl. notaði lágþrýstingsmálm-lífræna gufufasa epitaxy tækni (LP-MOVPE) til að rækta epitaxy lög og útbúinn InGaAs MSM ljósnema, sem hefur mikla svörun upp á 0,42 A/W við bylgjulengd 1,3 μm og dökkstraum lægri en 5,6 pA/ μm² við 1,5 V. Árið 1996, zhang o.fl. notaði gasfasa sameindageislaepitaxy (GSMBE) til að vaxa InAlAs-InGaAs-InP epitaxy lagið. InAlAs lagið sýndi mikla viðnámseiginleika og vaxtarskilyrði voru fínstillt með röntgengeislabeygjumælingu, þannig að grindarmisræmi milli InGaAs og InAlAs laga var á bilinu 1×10⁻³. Þetta skilar sér í hámarksafköstum tækisins með dökkum straumi undir 0,75 pA/μm² við 10 V og hröðum skammvinnsvörun allt að 16 ps við 5 V. Á heildina litið er MSM uppbygging ljósnemarinn einfaldur og auðveldur í samþættingu og sýnir lágan dökkstraum (pA) röð), en málm rafskautið mun draga úr skilvirku ljósgleypni svæði tækisins, þannig að svörunin er lægri en önnur mannvirki.

InGaAs PIN ljósnemarinn setur innra lag á milli P-gerð snertilagsins og N-gerð snertilagsins, eins og sýnt er á mynd (b), sem eykur breidd eyðingarsvæðisins og gefur þannig út fleiri rafeindaholapör og myndar stærri ljósstraumur, þannig að hann hefur framúrskarandi rafeindaleiðni. Árið 2007, A.Poloczek o.fl. notaði MBE til að rækta lághita bufferlag til að bæta yfirborðsgrófleika og vinna bug á grindarmisræmi milli Si og InP. MOCVD var notað til að samþætta InGaAs PIN uppbyggingu á InP undirlaginu og svörun tækisins var um 0,57A /W. Árið 2011 notaði Rannsóknarstofa hersins (ALR) PIN-ljósskynjara til að rannsaka liDAR myndavél fyrir siglingar, forðast hindranir/árekstra og skammdræga skotmarkaskynjun/auðkenningu fyrir lítil ómannað farartæki á jörðu niðri, samþætt með ódýrum örbylgjumagnarakubbum sem bætti verulega merki-til-suð hlutfall InGaAs PIN ljósnemarans. Á þessum grundvelli, árið 2012, notaði ALR þessa liDAR myndavél fyrir vélmenni, með greiningarsvið sem er meira en 50 m og upplausn 256 × 128.

InGaAssnjóflóðaljósskynjarier eins konar ljósnemi með styrk, uppbygging hans er sýnd á mynd (c). Rafeindaholaparið fær næga orku undir áhrifum rafsviðsins innan tvöföldunarsvæðisins til að rekast á atómið, mynda ný rafeindaholapör, mynda snjóflóðaáhrif og margfalda ójafnvægisberana í efninu. . Árið 2013 notaði George M MBE til að rækta grindarsamhæfða InGaAs og InAlAs málmblöndur á InP undirlagi, með því að nota breytingar á álblöndu, þykkt þekjulaga og lyfjameðferð á mótaða burðarorku til að hámarka raflostjónun á meðan holujónun er lágmarkað. Við jafngildan útgangsmerkjaauka sýnir APD minni hávaða og minni dökkstraum. Árið 2016, Sun Jianfeng o.fl. smíðaði sett af 1570 nm leysigeislavirkum tilraunavettvangi byggt á InGaAs snjóflóðaljósnemanum. Innri hringrás íAPD ljósnemimóttekin bergmál og beint út stafræn merki, sem gerir allt tækið fyrirferðarlítið. Tilraunaniðurstöðurnar eru sýndar á mynd. (d) og (e). Mynd (d) er líkamleg mynd af myndmarkmiðinu og mynd (e) er þrívíddar fjarlægðarmynd. Það sést vel að gluggaflatarmál svæðis c hefur ákveðna dýptarfjarlægð með svæði A og b. Vettvangurinn gerir sér grein fyrir púlsbreidd sem er minni en 10 ns, stakur púlsorka (1 ~ 3) mJ stillanleg, móttökulinsusviðshorn 2°, endurtekningartíðni 1 kHz, skylduhlutfall skynjara um 60%. Þökk sé innri ljósstraumsaukning APD, hröðum viðbrögðum, þéttri stærð, endingu og litlum tilkostnaði, geta APD ljósnemar verið stærðargráðu hærri í greiningarhraða en PIN-ljósskynjarar, þannig að núverandi almenna liDAR einkennist aðallega af snjóflóðaljósskynjara.

Á heildina litið, með hraðri þróun InGaAs undirbúningstækni heima og erlendis, getum við notað MBE, MOCVD, LPE og aðra tækni til að undirbúa stórt svæði hágæða InGaAs epitaxial lag á InP undirlagi. InGaAs ljósnemar sýna lágan dökkstraum og mikla svörun, lægsti dökkstraumurinn er lægri en 0,75 pA/μm², hámarkssvörun er allt að 0,57 A/W og hefur hröð skammvinn svörun (ps röð). Framtíðarþróun InGaAs ljósnema mun einbeita sér að eftirfarandi tveimur þáttum: (1) InGaAs epitaxial lag er beint ræktað á Si hvarfefni. Sem stendur eru flest örrafræn tæki á markaðnum Si byggð, og síðari samþætta þróun InGaAs og Si byggt er almenn stefna. Að leysa vandamál eins og misræmi grindar og munur á varmaþenslustuðli skiptir sköpum fyrir rannsókn á InGaAs/Si; (2) 1550 nm bylgjulengdartæknin hefur verið þroskuð og lengri bylgjulengdin (2,0 ~ 2,5) μm er framtíðarrannsóknarstefnan. Með aukningu á In íhlutum mun grindarmisræmið milli InP undirlags og InGaAs epitaxial lags leiða til alvarlegri tilfærslu og galla, svo það er nauðsynlegt að fínstilla ferlisbreytur tækisins, draga úr grindargöllunum og draga úr dökkum straumi tækisins.