ໂຄງສ້າງຂອງເຄື່ອງກວດຈັບພາບ InGaAs
ນັບຕັ້ງແຕ່ຊຸມປີ 1980, ນັກຄົ້ນຄວ້າພາຍໃນແລະຕ່າງປະເທດໄດ້ສຶກສາໂຄງສ້າງຂອງເຄື່ອງກວດຈັບພາບ InGaAs, ເຊິ່ງສ່ວນໃຫຍ່ແມ່ນແບ່ງອອກເປັນສາມປະເພດ. ພວກມັນແມ່ນ InGaAs metal-Semiconductor-metal photodetector (MSM-PD), InGaAs PIN Photodetector (PIN-PD), ແລະ InGaAs Avalanche Photodetector (APD-PD). ມີຄວາມແຕກຕ່າງທີ່ສໍາຄັນໃນຂະບວນການຜະລິດແລະຄ່າໃຊ້ຈ່າຍຂອງເຄື່ອງກວດຈັບພາບ InGaAs ທີ່ມີໂຄງສ້າງທີ່ແຕກຕ່າງກັນ, ແລະຍັງມີຄວາມແຕກຕ່າງຢ່າງຫຼວງຫຼາຍໃນການປະຕິບັດອຸປະກອນ.
InGaAs ໂລຫະ- semiconductor-metalເຄື່ອງກວດຈັບພາບ, ສະແດງຢູ່ໃນຮູບ (a), ເປັນໂຄງສ້າງພິເສດໂດຍອີງໃສ່ຈຸດເຊື່ອມຕໍ່ Schottky. ໃນປີ 1992, Shi et al. ໄດ້ນໍາໃຊ້ເຕັກໂນໂລຊີໄລຍະຄວາມກົດດັນຕ່ໍາ metal-organic vapor epitaxy (LP-MOVPE) ເພື່ອຂະຫຍາຍຕົວຊັ້ນ epitaxy ແລະການກະກຽມ InGaAs MSM photodetector, ທີ່ມີການຕອບສະຫນອງສູງຂອງ 0.42 A/W ຢູ່ທີ່ຄວາມຍາວလှိုင်းຂອງ 1.3 μmແລະປັດຈຸບັນມືດຕ່ໍາກວ່າ 5.6 pA /. μm²ຢູ່ທີ່ 1.5 V. ໃນປີ 1996, zhang et al. ນຳໃຊ້ແກັສໄລຍະໂມເລກຸນ epitaxy (GSMBE) ເພື່ອຂະຫຍາຍຊັ້ນ epitaxy InAlAs-InGaAs-InP. ຊັ້ນ InAlAs ສະແດງໃຫ້ເຫັນຄຸນລັກສະນະຕ້ານທານສູງ, ແລະເງື່ອນໄຂການຂະຫຍາຍຕົວໄດ້ຖືກປັບປຸງໃຫ້ດີທີ່ສຸດໂດຍການວັດແທກການແຜ່ກະຈາຍຂອງ X-ray, ດັ່ງນັ້ນເສັ້ນດ່າງບໍ່ກົງກັນລະຫວ່າງຊັ້ນ InGaAs ແລະ InAlAs ຢູ່ໃນຂອບເຂດຂອງ 1 × 10⁻³. ອັນນີ້ສົ່ງຜົນໃຫ້ປະສິດທິພາບອຸປະກອນທີ່ເໝາະສົມກັບກະແສໄຟມືດຕ່ຳກວ່າ 0.75 pA/μm² ທີ່ 10 V ແລະຕອບສະໜອງໄວໄດ້ເຖິງ 16 ps ຢູ່ 5 V. ໂດຍລວມແລ້ວ, ເຄື່ອງກວດຈັບພາບໂຄງສ້າງ MSM ແມ່ນງ່າຍດາຍ ແລະງ່າຍຕໍ່ການປະສົມປະສານ, ສະແດງໃຫ້ເຫັນກະແສມືດຕໍ່າ (pA. order), ແຕ່ electrode ໂລຫະຈະຫຼຸດຜ່ອນພື້ນທີ່ການດູດຊຶມແສງສະຫວ່າງທີ່ມີປະສິດທິພາບຂອງອຸປະກອນ, ດັ່ງນັ້ນການຕອບສະຫນອງຕ່ໍາກວ່າໂຄງສ້າງອື່ນໆ.
InGaAs PIN photodetector ແຊກຊັ້ນພາຍໃນລະຫວ່າງຊັ້ນຕິດຕໍ່ P-type ແລະຊັ້ນຕິດຕໍ່ N-type, ດັ່ງທີ່ສະແດງຢູ່ໃນຮູບ (b), ເຊິ່ງເຮັດໃຫ້ຄວາມກວ້າງຂອງພື້ນທີ່ depletion ເພີ່ມຂຶ້ນ, ດັ່ງນັ້ນ radiating ຄູ່ electron-hole ຫຼາຍແລະປະກອບເປັນ. photocurrent ຂະຫນາດໃຫຍ່, ສະນັ້ນມັນມີການປະຕິບັດການນໍາເອເລັກໂຕຣນິກທີ່ດີເລີດ. ໃນປີ 2007, A.Poloczek et al. ໃຊ້ MBE ເພື່ອປູກຊັ້ນກັນຊົນທີ່ມີອຸນຫະພູມຕໍ່າເພື່ອປັບປຸງຄວາມຫຍາບຂອງພື້ນຜິວ ແລະເອົາຊະນະການຂັດເສັ້ນຂັດລະຫວ່າງ Si ແລະ InP. MOCVD ໄດ້ຖືກນໍາໃຊ້ເພື່ອປະສົມປະສານໂຄງສ້າງ PIN ຂອງ InGaAs ຢູ່ໃນຊັ້ນຍ່ອຍຂອງ InP, ແລະການຕອບສະຫນອງຂອງອຸປະກອນແມ່ນປະມານ 0.57A / W. ໃນປີ 2011, ຫ້ອງທົດລອງຄົ້ນຄວ້າກອງທັບ (ALR) ໄດ້ນຳໃຊ້ເຄື່ອງກວດຈັບຮູບ PIN ເພື່ອສຶກສາຮູບພາບ liDAR ສຳລັບການນຳທາງ, ການຫຼີກລ່ຽງອຸປະສັກ/ການປະທະກັນ, ແລະ ການກວດຫາເປົ້າໝາຍໄລຍະສັ້ນ/ການລະບຸຕົວຕົນສຳລັບລົດຍົນບໍ່ມີຄົນຂັບຂະໜາດນ້ອຍ, ປະສົມປະສານກັບຊິບເຄື່ອງຂະຫຍາຍສຽງໄມໂຄເວຟລາຄາຕໍ່າ. ປັບປຸງອັດຕາສ່ວນສັນຍານຕໍ່ສຽງລົບກວນຂອງເຄື່ອງກວດຈັບພາບ PIN InGaAs. ບົນພື້ນຖານນີ້, ໃນປີ 2012, ALR ໄດ້ນໍາໃຊ້ຮູບພາບ liDAR ນີ້ສໍາລັບຫຸ່ນຍົນ, ມີໄລຍະການກວດພົບຫຼາຍກ່ວາ 50 m ແລະຄວາມລະອຽດ 256 × 128.
InGaAsເຄື່ອງກວດຈັບພາບຫິມະ avalancheແມ່ນປະເພດຂອງ photodetector ທີ່ມີ gain, ໂຄງສ້າງຂອງທີ່ສະແດງຢູ່ໃນຮູບ (c). ຄູ່ electron-hole ໄດ້ຮັບພະລັງງານພຽງພໍພາຍໃຕ້ການປະຕິບັດຂອງພາກສະຫນາມໄຟຟ້າພາຍໃນພາກພື້ນສອງເທົ່າ, ເພື່ອ collide ກັບປະລໍາມະນູ, ສ້າງຄູ່ electron-hole ໃຫມ່, ປະກອບເປັນຜົນກະທົບຂອງ avalanche, ແລະ multiply ການຂົນສົ່ງທີ່ບໍ່ສົມດຸນໃນວັດສະດຸ. . ໃນປີ 2013, George M ໄດ້ໃຊ້ MBE ເພື່ອປູກເສັ້ນດ່າງທີ່ຈັບຄູ່ກັບ InGaAs ແລະ InAlAs ໂລຫະປະສົມຢູ່ໃນຊັ້ນຍ່ອຍຂອງ InP, ໂດຍໃຊ້ການປ່ຽນແປງໃນອົງປະກອບຂອງໂລຫະປະສົມ, ຄວາມຫນາຂອງຊັ້ນ epitaxial, ແລະ doping ກັບພະລັງງານຜູ້ໃຫ້ບໍລິການໂມດູນເພື່ອເພີ່ມປະສິດທິພາບ electroshock ionization ໃນຂະນະທີ່ຫຼຸດຜ່ອນ ionization ຂຸມ. ໃນການຮັບສັນຍານຜົນຜະລິດທຽບເທົ່າ, APD ສະແດງໃຫ້ເຫັນສຽງທີ່ຕ່ໍາແລະປັດຈຸບັນຄວາມມືດຕ່ໍາ. ໃນປີ 2016, Sun Jianfeng et al. ໄດ້ສ້າງຊຸດຂອງ 1570 nm laser active imaging platform ທົດລອງໂດຍອີງໃສ່ InGaAs avalanche photodetector. ວົງຈອນພາຍໃນຂອງເຄື່ອງກວດຈັບພາບ APDໄດ້ຮັບສຽງສະທ້ອນແລະສົ່ງສັນຍານດິຈິຕອນໂດຍກົງ, ເຮັດໃຫ້ອຸປະກອນທັງຫມົດມີຄວາມຫນາແຫນ້ນ. ຜົນໄດ້ຮັບການທົດລອງແມ່ນສະແດງຢູ່ໃນຮູບ. (d) ແລະ (e). Figure (d) ເປັນຮູບທາງກາຍະພາບຂອງເປົ້າຫມາຍຮູບພາບ, ແລະຮູບ (e) ເປັນຮູບສາມມິຕິລະດັບໄລຍະຫ່າງ. ມັນເຫັນໄດ້ຊັດເຈນວ່າພື້ນທີ່ປ່ອງຢ້ຽມຂອງພື້ນທີ່ c ມີໄລຍະຄວາມເລິກທີ່ແນ່ນອນກັບພື້ນທີ່ A ແລະ b. ເວທີການຮັບຮູ້ຄວາມກວ້າງຂອງກໍາມະຈອນຫນ້ອຍກວ່າ 10 ns, ພະລັງງານກໍາມະຈອນດຽວ (1 ~ 3) mJ ປັບໄດ້, ໄດ້ຮັບທັດສະນະພາກສະຫນາມມຸມຂອງ 2°, ຄວາມຖີ່ຂອງການຄ້າງຫ້ອງຂອງ 1 kHz, ອັດຕາສ່ວນຫນ້າທີ່ເຄື່ອງກວດຈັບປະມານ 60%. ຂໍຂອບໃຈກັບການເພີ່ມຂຶ້ນຂອງ photocurrent ພາຍໃນຂອງ APD, ການຕອບສະຫນອງໄວ, ຂະຫນາດກະທັດລັດ, ຄວາມທົນທານແລະຄ່າໃຊ້ຈ່າຍຕ່ໍາ, APD photodetectors ສາມາດເປັນຄໍາສັ່ງທີ່ມີອັດຕາການກວດພົບສູງກວ່າ PIN photodetectors, ດັ່ງນັ້ນ liDAR ໃນປະຈຸບັນຕົ້ນຕໍແມ່ນຄອບງໍາໂດຍ avalanche photodetectors.
ໂດຍລວມແລ້ວ, ດ້ວຍການພັດທະນາຢ່າງໄວວາຂອງເທກໂນໂລຍີການກະກຽມ InGaAs ຢູ່ໃນບ້ານແລະຕ່າງປະເທດ, ພວກເຮົາສາມາດນໍາໃຊ້ MBE, MOCVD, LPE ແລະເຕັກໂນໂລຢີອື່ນໆຢ່າງຊໍານິຊໍານານເພື່ອກະກຽມຊັ້ນ InGaAs epitaxial ຊັ້ນສູງໃນພື້ນທີ່ຂະຫນາດໃຫຍ່ໃນ substrate InP. InGaAs photodetectors ສະແດງກະແສຄວາມມືດຕ່ໍາແລະການຕອບສະຫນອງສູງ, ກະແສຊ້ໍາຕ່ໍາສຸດແມ່ນຕ່ໍາກວ່າ 0.75 pA/μm², ການຕອບສະຫນອງສູງສຸດແມ່ນສູງເຖິງ 0.57 A/W, ແລະມີການຕອບໂຕ້ຊົ່ວຄາວໄວ (ຄໍາສັ່ງ ps). ການພັດທະນາໃນອະນາຄົດຂອງ InGaAs photodetectors ຈະເນັ້ນໃສ່ສອງດ້ານດັ່ງຕໍ່ໄປນີ້: (1) InGaAs epitaxial layer ແມ່ນປູກໂດຍກົງໃສ່ substrate Si. ໃນປັດຈຸບັນ, ອຸປະກອນເອເລັກໂຕຣນິກສ່ວນໃຫຍ່ໃນຕະຫຼາດແມ່ນອີງໃສ່ Si, ແລະການພັດທະນາປະສົມປະສານຕໍ່ມາຂອງ InGaAs ແລະ Si based ແມ່ນແນວໂນ້ມທົ່ວໄປ. ການແກ້ໄຂບັນຫາຕ່າງໆເຊັ່ນ: ຄວາມບໍ່ສອດຄ່ອງຂອງເສັ້ນດ່າງ ແລະຄວາມແຕກຕ່າງຂອງຄ່າສໍາປະສິດການຂະຫຍາຍຄວາມຮ້ອນແມ່ນສໍາຄັນສໍາລັບການສຶກສາຂອງ InGaAs/Si; (2) ເທກໂນໂລຍີຄວາມຍາວຄື້ນ 1550 nm ໄດ້ແກ່ແລ້ວ, ແລະຄວາມຍາວຂອງຄື້ນຂະຫຍາຍ (2.0 ~ 2.5) μmແມ່ນທິດທາງການຄົ້ນຄວ້າໃນອະນາຄົດ. ດ້ວຍການເພີ່ມຂື້ນຂອງອົງປະກອບ, ຄວາມບໍ່ສອດຄ່ອງຂອງເສັ້ນດ່າງລະຫວ່າງຊັ້ນໃຕ້ດິນ InP ແລະ InGaAs epitaxial layer ຈະນໍາໄປສູ່ການ dislocation ແລະຂໍ້ບົກພ່ອງທີ່ຮ້າຍແຮງກວ່າເກົ່າ, ດັ່ງນັ້ນ, ມັນຈໍາເປັນຕ້ອງເພີ່ມປະສິດທິພາບຕົວກໍານົດການຂະບວນການອຸປະກອນ, ຫຼຸດຜ່ອນຄວາມບົກຜ່ອງຂອງເສັ້ນດ່າງ, ແລະຫຼຸດຜ່ອນຄວາມມືດຂອງອຸປະກອນ.
ເວລາປະກາດ: 06-06-2024