ໂຄງສ້າງຂອງເຄື່ອງກວດຈັບແສງ InGaAs

ໂຄງສ້າງຂອງເຄື່ອງກວດຈັບແສງ InGaAs
ນັບຕັ້ງແຕ່ຊຸມປີ 1980, ນັກຄົ້ນຄວ້າໄດ້ສຶກສາໂຄງສ້າງຂອງເຄື່ອງກວດຈັບແສງ InGaAs, ເຊິ່ງສາມາດສະຫຼຸບໄດ້ເປັນສາມປະເພດຫຼັກຄື: ໂລຫະ InGaAs ໂລຫະເຄິ່ງຕົວນຳເຄື່ອງກວດຈັບພາບ(MSM-PD), InGaAsເຄື່ອງກວດຈັບແສງ PIN(PIN-PD), ແລະ InGaAsເຄື່ອງກວດຈັບແສງຫິມະຖະຫຼົ່ມ(APD-PD). ມີຄວາມແຕກຕ່າງຢ່າງຫຼວງຫຼາຍໃນຂະບວນການຜະລິດ ແລະ ຄ່າໃຊ້ຈ່າຍຂອງເຄື່ອງກວດຈັບແສງ InGaAs ທີ່ມີໂຄງສ້າງທີ່ແຕກຕ່າງກັນ, ແລະ ຍັງມີຄວາມແຕກຕ່າງຢ່າງຫຼວງຫຼາຍໃນປະສິດທິພາບຂອງອຸປະກອນ.
ແຜນວາດພາບໂຄງສ້າງຂອງເຄື່ອງກວດຈັບແສງໂລຫະເຄິ່ງຕົວນຳໂລຫະ InGaAs ແມ່ນສະແດງຢູ່ໃນຮູບ, ເຊິ່ງເປັນໂຄງສ້າງພິເສດໂດຍອີງໃສ່ຈຸດເຊື່ອມຕໍ່ Schottky. ໃນປີ 1992, Shi ແລະ ເພື່ອນຮ່ວມງານໄດ້ໃຊ້ເທັກໂນໂລຢີ epitaxy ໄລຍະໄອອິນຊີໂລຫະຄວາມດັນຕ່ຳ (LP-MOVPE) ເພື່ອປູກຊັ້ນ epitaxial ແລະ ກະກຽມເຄື່ອງກວດຈັບແສງ InGaAs MSM. ອຸປະກອນດັ່ງກ່າວມີການຕອບສະໜອງສູງ 0.42 A/W ທີ່ຄວາມຍາວຄື້ນ 1.3 μ m ແລະ ກະແສໄຟຟ້າມືດໜ້ອຍກວ່າ 5.6 pA/μ m ² ທີ່ 1.5 V. ໃນປີ 1996, ນັກຄົ້ນຄວ້າໄດ້ໃຊ້ epitaxy ລຳແສງໂມເລກຸນໄລຍະແກັສ (GSMBE) ເພື່ອປູກຊັ້ນ epitaxial InGaAs InAlAs InP, ເຊິ່ງສະແດງລັກສະນະຄວາມຕ້ານທານສູງ. ເງື່ອນໄຂການຈະເລີນເຕີບໂຕໄດ້ຮັບການປັບປຸງໃຫ້ດີທີ່ສຸດໂດຍຜ່ານການວັດແທກການກະຈາຍລັງສີເອັກສ໌, ເຊິ່ງສົ່ງຜົນໃຫ້ຄວາມບໍ່ກົງກັນຂອງໂຄງສ້າງລະຫວ່າງຊັ້ນ InGaAs ແລະ InAlAs ພາຍໃນຂອບເຂດ 1 × 10 ⁻ ³. ດັ່ງນັ້ນ, ປະສິດທິພາບຂອງອຸປະກອນຈຶ່ງໄດ້ຮັບການປັບປຸງໃຫ້ດີທີ່ສຸດ, ດ້ວຍກະແສໄຟຟ້າມືດໜ້ອຍກວ່າ 0.75 pA/μ m² ທີ່ 10 V ແລະ ການຕອບສະໜອງຊົ່ວຄາວໄວ 16 ps ທີ່ 5 V. ໂດຍລວມແລ້ວ, ເຄື່ອງກວດຈັບແສງໂຄງສ້າງ MSM ມີໂຄງສ້າງທີ່ງ່າຍດາຍ ແລະ ງ່າຍຕໍ່ການລວມເຂົ້າກັນ, ສະແດງໃຫ້ເຫັນກະແສໄຟຟ້າມືດຕ່ຳກວ່າ (ລະດັບ pA), ແຕ່ເອເລັກໂຕຣດໂລຫະຫຼຸດພື້ນທີ່ດູດຊຶມແສງທີ່ມີປະສິດທິພາບຂອງອຸປະກອນ, ເຊິ່ງສົ່ງຜົນໃຫ້ມີການຕອບສະໜອງຕ່ຳກວ່າເມື່ອທຽບກັບໂຄງສ້າງອື່ນໆ.

ເຄື່ອງກວດຈັບແສງ PIN ຂອງ InGaAs ມີຊັ້ນພາຍໃນທີ່ໃສ່ລະຫວ່າງຊັ້ນຕິດຕໍ່ປະເພດ P ແລະຊັ້ນຕິດຕໍ່ປະເພດ N, ດັ່ງທີ່ສະແດງຢູ່ໃນຮູບ, ເຊິ່ງເພີ່ມຄວາມກວ້າງຂອງພື້ນທີ່ depletion, ດັ່ງນັ້ນຈຶ່ງແຜ່ກະຈາຍຄູ່ຮູອີເລັກຕຣອນຫຼາຍຂຶ້ນ ແລະ ສ້າງກະແສແສງທີ່ໃຫຍ່ກວ່າ, ດັ່ງນັ້ນຈຶ່ງສະແດງໃຫ້ເຫັນເຖິງຄວາມນຳໄຟຟ້າທີ່ດີເລີດ. ໃນປີ 2007, ນັກຄົ້ນຄວ້າໄດ້ໃຊ້ MBE ເພື່ອປູກຊັ້ນບັຟເຟີອຸນຫະພູມຕ່ຳ, ປັບປຸງຄວາມຫຍາບຂອງພື້ນຜິວ ແລະ ເອົາຊະນະຄວາມບໍ່ກົງກັນຂອງໂຄງສ້າງລະຫວ່າງ Si ແລະ InP. ພວກເຂົາໄດ້ລວມໂຄງສ້າງ PIN ຂອງ InGaAs ໃສ່ຊັ້ນຮອງພື້ນ InP ໂດຍໃຊ້ MOCVD, ແລະ ການຕອບສະໜອງຂອງອຸປະກອນແມ່ນປະມານ 0.57 A/W. ໃນປີ 2011, ນັກຄົ້ນຄວ້າໄດ້ໃຊ້ເຄື່ອງກວດຈັບແສງ PIN ເພື່ອພັດທະນາອຸປະກອນຖ່າຍພາບ LiDAR ໄລຍະສັ້ນສຳລັບການນຳທາງ, ການຫຼີກລ່ຽງອຸປະສັກ/ການປະທະ, ແລະ ການກວດຈັບ/ຮັບຮູ້ເປົ້າໝາຍຂອງຍານພາຫະນະພື້ນດິນທີ່ບໍ່ມີຄົນຂັບຂະໜາດນ້ອຍ. ອຸປະກອນດັ່ງກ່າວໄດ້ຖືກປະສົມປະສານກັບຊິບຂະຫຍາຍສັນຍານໄມໂຄເວຟລາຄາຖືກ, ເຊິ່ງປັບປຸງອັດຕາສ່ວນສັນຍານຕໍ່ສຽງລົບກວນຂອງເຄື່ອງກວດຈັບແສງ PIN ຂອງ InGaAs ໄດ້ຢ່າງຫຼວງຫຼາຍ. ບົນພື້ນຖານນີ້, ໃນປີ 2012, ນັກຄົ້ນຄວ້າໄດ້ນຳໃຊ້ອຸປະກອນການຖ່າຍພາບ LiDAR ນີ້ກັບຫຸ່ນຍົນ, ໂດຍມີລະດັບການກວດພົບຫຼາຍກວ່າ 50 ແມັດ ແລະ ຄວາມລະອຽດເພີ່ມຂຶ້ນເປັນ 256 × 128.
ເຄື່ອງກວດຈັບແສງ InGaAs avalanche ແມ່ນເຄື່ອງກວດຈັບແສງປະເພດໜຶ່ງທີ່ມີ gain, ດັ່ງທີ່ສະແດງຢູ່ໃນແຜນວາດໂຄງສ້າງ. ຄູ່ຮູອີເລັກຕຣອນໄດ້ຮັບພະລັງງານພຽງພໍພາຍໃຕ້ການກະທຳຂອງສະໜາມໄຟຟ້າພາຍໃນພາກພື້ນ double, ແລະຊົນກັບອະຕອມເພື່ອສ້າງຄູ່ຮູອີເລັກຕຣອນໃໝ່, ສ້າງຜົນກະທົບຂອງ avalanche ແລະເພີ່ມຕົວນຳປະຈຸໄຟຟ້າທີ່ບໍ່ສົມດຸນໃນວັດສະດຸເປັນສອງເທົ່າ. ໃນປີ 2013, ນັກຄົ້ນຄວ້າໄດ້ໃຊ້ MBE ເພື່ອປູກໂລຫະປະສົມ InGaAs ແລະ InAlAs ທີ່ກົງກັບ lattice ໃສ່ຊັ້ນຮອງ InP, ປັບປຸງພະລັງງານຕົວນຳໂດຍຜ່ານການປ່ຽນແປງໃນສ່ວນປະກອບຂອງໂລຫະປະສົມ, ຄວາມໜາຂອງຊັ້ນ epitaxial, ແລະ doping, ເພີ່ມ electroshock ionization ໃຫ້ສູງສຸດໃນຂະນະທີ່ຫຼຸດຜ່ອນ hole ionization. ພາຍໃຕ້ gain ສັນຍານຜົນຜະລິດທີ່ເທົ່າທຽມກັນ, APD ມີສຽງລົບກວນຕ່ຳ ແລະກະແສມືດຕ່ຳ. ໃນປີ 2016, ນັກຄົ້ນຄວ້າໄດ້ສ້າງແພລດຟອມທົດລອງການຖ່າຍພາບເລເຊີ 1570 nm ໂດຍອີງໃສ່ເຄື່ອງກວດຈັບແສງ InGaAs avalanche. ວົງຈອນພາຍໃນຂອງເຄື່ອງກວດຈັບແສງ APDໄດ້ຮັບສຽງສະທ້ອນ ແລະ ສົ່ງອອກສັນຍານດິຈິຕອນໂດຍກົງ, ເຮັດໃຫ້ອຸປະກອນທັງໝົດມີຂະໜາດກະທັດຮັດ. ຜົນການທົດລອງແມ່ນສະແດງຢູ່ໃນຮູບ (d) ແລະ (e). ຮູບ (d) ແມ່ນຮູບຖ່າຍທາງກາຍະພາບຂອງເປົ້າໝາຍການຖ່າຍພາບ, ແລະ ຮູບ (e) ແມ່ນຮູບພາບໄລຍະທາງສາມມິຕິ. ສາມາດເຫັນໄດ້ຢ່າງຊັດເຈນວ່າພື້ນທີ່ປ່ອງຢ້ຽມໃນເຂດ C ມີໄລຍະຫ່າງຄວາມເລິກທີ່ແນ່ນອນຈາກເຂດ A ແລະ B. ແພລດຟອມນີ້ບັນລຸຄວາມກວ້າງຂອງກຳມະຈອນໜ້ອຍກວ່າ 10 ns, ພະລັງງານກຳມະຈອນດຽວທີ່ສາມາດປັບໄດ້ (1-3) mJ, ມຸມເບິ່ງຂອງພາບ 2° ສຳລັບເລນສົ່ງ ແລະ ຮັບ, ອັດຕາການຊ້ຳຄືນ 1 kHz, ແລະ ວົງຈອນໜ້າທີ່ຂອງເຄື່ອງກວດຈັບປະມານ 60%. ຂໍຂອບໃຈກັບການເພີ່ມກະແສໄຟຟ້າພາຍໃນ, ການຕອບສະໜອງໄວ, ຂະໜາດກະທັດຮັດ, ຄວາມທົນທານ, ແລະ ຄ່າໃຊ້ຈ່າຍຕ່ຳຂອງ APD, ເຄື່ອງກວດຈັບແສງ APD ສາມາດບັນລຸອັດຕາການກວດຈັບທີ່ສູງກວ່າເຄື່ອງກວດຈັບແສງ PIN ໜຶ່ງລຳດັບ. ດັ່ງນັ້ນ, ປະຈຸບັນ radar ເລເຊີຫຼັກສ່ວນໃຫຍ່ໃຊ້ເຄື່ອງກວດຈັບແສງ avalanche.