Uppbygging InGaAs ljósnema

UppbyggingInGaAs ljósnemi
Frá níunda áratugnum hafa vísindamenn rannsakað uppbyggingu InGaAs ljósnema, sem má flokka í þrjár megingerðir: InGaAs málm, hálfleiðara málmljósnemar(MSM-PD), InGaAsPIN ljósnemar(PIN-PD) og InGaAssnjóflóðaljósnemar(APD-PD). Það er verulegur munur á framleiðsluferli og kostnaði við InGaAs ljósnema með mismunandi uppbyggingu, og það er einnig verulegur munur á afköstum tækjanna.
Skýringarmynd af ljósnema fyrir hálfleiðara úr málmi úr InGaAs málmi er sýnd á myndinni, en hún er sérstök uppbygging byggð á Schottky-tengingu. Árið 1992 notuðu Shi o.fl. lágþrýstings-málmlífræn gufufasa-epitaxis (LP-MOVPE) tækni til að rækta epitaxísk lög og útbúa InGaAs MSM ljósnema. Tækið hefur mikla svörun upp á 0,42 A/W við bylgjulengd 1,3 μm og dökkstraum undir 5,6 pA/μm² við 1,5 V. Árið 1996 notuðu vísindamenn gasfasa-sameindageisla-epitaxis (GSMBE) til að rækta epitaxísk lög úr InAlAs og InGaAs og InP, sem sýndu mikla viðnámseiginleika. Vaxtarskilyrðin voru fínstillt með röntgengeislunarmælingum, sem leiddi til grindarmisræmis milli InGaAs og InAlAs laga innan bilsins 1 × 10⁻³. Fyrir vikið var afköst tækisins hámarkað, með dökkstraumi undir 0,75 pA/μ m² við 10 V og hraðri tímabundinni svörun upp á 16 ps við 5 V. Í heildina hefur ljósneminn með MSM-byggingu einfalda og auðvelda uppbyggingu, sýnir lægri dökkstraum (pA-stig), en málmrafskautið minnkar virkt ljósgleypnisflatarmál tækisins, sem leiðir til minni svörunar samanborið við aðrar byggingar.

InGaAs PIN ljósneminn hefur innbyggt lag á milli P-gerðar snertilagsins og N-gerðar snertilagsins, eins og sýnt er á myndinni, sem eykur breidd eyðingarsvæðisins og geislar þannig frá sér fleiri rafeindaholupörum og myndar stærri ljósstraum og sýnir þannig framúrskarandi rafeindaleiðni. Árið 2007 notuðu vísindamenn MBE til að rækta lághitastigsstuðpúðalög, sem bætti yfirborðsgrófleika og yfirstígði grindarmisræmi milli Si og InP. Þeir samþættu InGaAs PIN-byggingar á InP undirlag með því að nota MOCVD og svörun tækisins var um það bil 0,57 A/W. Árið 2011 notuðu vísindamenn PIN ljósnema til að þróa skammdrægt LiDAR myndgreiningartæki fyrir leiðsögn, forðun hindrana/árekstra og skotmörk/greiningu lítilla ómönnuðra jarðfarartækja. Tækið var samþætt ódýrum örbylgjumagnaraflís, sem bætti verulega merkis-til-hávaðahlutfall InGaAs PIN ljósnema. Á þessum grundvelli notuðu vísindamenn þetta LiDAR myndgreiningartæki á vélmenni árið 2012, með greiningardrægni upp á yfir 50 metra og upplausn sem jókst í 256 × 128.
Snjóflóðaljósnemi frá InGaAs er tegund ljósnema með styrkingu, eins og sýnt er á byggingarmyndinni. Rafeindaholupör fá næga orku undir áhrifum rafsviðsins innan tvöföldunarsvæðisins og rekast á atóm til að mynda ný rafeindaholupör, sem myndar snjóflóðaáhrif og tvöfaldar ójafnvægishleðsluflutninga í efninu. Árið 2013 notuðu vísindamenn MBE til að rækta grindarsamsvarandi InGaAs og InAlAs málmblöndur á InP undirlögum, sem breyttu orku flutningsaðila með breytingum á málmblöndusamsetningu, þykkt epitaxiallagsins og lyfjagjöf, sem hámarkar rafstuðjónun og lágmarkar gatjónun. Við jafngilda styrkingu útgangsmerkis sýnir APD lágt suð og lægri dökkstraum. Árið 2016 smíðuðu vísindamenn 1570 nm leysigeislavirka myndgreiningartilraunapall byggðan á InGaAs snjóflóðaljósnema. Innri hringrásin íAPD ljósnemitekur við bergmálum og sendir beint frá sér stafræn merki, sem gerir allt tækið nett. Tilraunaniðurstöðurnar eru sýndar á myndum (d) og (e). Mynd (d) er raunveruleg ljósmynd af myndgreiningarmarkmiðinu og mynd (e) er þrívíddarmynd af fjarlægð. Það sést greinilega að gluggasvæðið í svæði C hefur ákveðna dýptarfjarlægð frá svæðum A og B. Þessi pallur nær púlsbreidd minni en 10 ns, stillanlegri orku eins púls (1-3) mJ, sjónsviðshorni 2° fyrir sendi- og móttökulinsur, endurtekningartíðni 1 kHz og skylduhlutfalli skynjara upp á um það bil 60%. Þökk sé innri ljósstraumsaukningu, hraðri svörun, nettri stærð, endingu og lágum kostnaði við APD, geta APD ljósnemar náð greiningartíðni sem er einni stærðargráðu hærri en PIN ljósnemar. Þess vegna nota almennir leysigeislar nú aðallega snjóflóðaljósnemar.