EgituraInGaAs fotodetektagailua
1980ko hamarkadaz geroztik, bertako eta atzerriko ikertzaileek InGaAs fotodetektagailuen egitura aztertu dute, eta hiru motatan banatzen dira batez ere. InGaAs metal-erdieroale-metal fotodetektagailua (MSM-PD), InGaAs PIN fotodetektagailua (PIN-PD) eta InGaAs elur-jausi fotodetektagailua (APD-PD) dira. InGaAs fotodetektagailuen fabrikazio-prozesuan eta kostuan alde handiak daude egitura desberdinekin, eta gailuen errendimenduan ere alde handiak daude.
InGaAs metal-erdieroale-metalfotodetektagailu(a) irudian erakusten den egitura Schottky junturan oinarritutako egitura berezi bat da. 1992an, Shi et al.-ek presio baxuko metal-organiko lurrun-faseko epitaxia teknologia (LP-MOVPE) erabili zuten epitaxia geruzak hazteko eta InGaAs MSM fotodetektagailua prestatu zuten, 0,42 A/W-ko erantzun-ahalmen handia duena 1,3 μm-ko uhin-luzeran eta 5,6 pA/μm² baino txikiagoa den iluntasun-korrontea duena 1,5 V-tan. 1996an, zhang et al.-ek gas-faseko molekula-sorta epitaxia (GSMBE) erabili zuten InAlAs-InGaAs-InP epitaxia geruza hazteko. InAlAs geruzak erresistentzia handiko ezaugarriak erakutsi zituen, eta hazkuntza-baldintzak X izpien difrakzio-neurketaren bidez optimizatu ziren, InGaAs eta InAlAs geruzen arteko sare-desadostasuna 1×10⁻³-ko tartean egon zedin. Horri esker, gailuaren errendimendu optimizatua lortzen da, 0,75 pA/μm²-tik beherako iluntasun-korrontearekin 10 V-tan eta 16 ps-rainoko erantzun iragankor azkarrarekin 5 V-tan. Oro har, MSM egituraren fotodetektagailua sinplea eta erraz integratzen da, iluntasun-korronte baxua (pA ordena) erakusten du, baina elektrodo metalikoak gailuaren argi-xurgapen eraginkorraren eremua murriztuko du, beraz, erantzuna beste egitura batzuk baino txikiagoa da.
InGaAs PIN fotodetektagailuak berezko geruza bat txertatzen du P motako kontaktu geruzaren eta N motako kontaktu geruzaren artean, (b) irudian erakusten den bezala, eta horrek agortze eskualdearen zabalera handitzen du, horrela elektroi-zulo bikote gehiago irradiatuz eta fotokorronte handiagoa sortuz, beraz, elektroi eroapen errendimendu bikaina du. 2007an, A.Poloczek et al.-ek MBE erabili zuten tenperatura baxuko buffer geruza bat hazteko, gainazaleko zimurtasuna hobetzeko eta Si eta InP arteko sare-desadostasuna gainditzeko. MOCVD erabili zen InGaAs PIN egitura InP substratuan integratzeko, eta gailuaren erantzun-ahalmena 0,57A/W ingurukoa izan zen. 2011n, Armadaren Ikerketa Laborategiak (ALR) PIN fotodetektagailuak erabili zituen liDAR irudi-gailu bat aztertzeko nabigaziorako, oztopo/talkak saihesteko eta distantzia laburreko helburuak detektatzeko/identifikatzeko tripulatu gabeko lurreko ibilgailu txikientzat, kostu baxuko mikrouhin anplifikadore txip batekin integratuta, eta horrek nabarmen hobetu zuen InGaAs PIN fotodetektagailuaren seinale-zarata erlazioa. Oinarri honetan oinarrituta, 2012an, ALR-k liDAR irudi-gailu hau erabili zuen robotentzat, 50 m baino gehiagoko detekzio-eremuarekin eta 256 × 128ko bereizmenarekin.
InGaAs-akelur-jausien fotodetektagailuairabazia duen fotodetektagailu mota bat da, eta bere egitura (c) irudian erakusten da. Elektroi-zulo bikoteak energia nahikoa lortzen du bikoizketa-eskualdearen barruko eremu elektrikoaren eraginpean, atomoarekin talka egiteko, elektroi-zulo bikote berriak sortzeko, elur-jausi efektua eratzeko eta materialean oreka ez duten eramaileak biderkatzeko. 2013an, George M-k MBE erabili zuen sare-parekatutako InGaAs eta InAlAs aleazioak InP substratu batean hazteko, aleazioaren konposizioan, epitaxial geruzaren lodieran eta dopaketan izandako aldaketak erabiliz eramaileen energia modulatzeko, elektroshock ionizazioa maximizatzeko eta zuloen ionizazioa minimizatzeko. Irteerako seinalearen irabazi baliokidean, APD-k zarata txikiagoa eta korronte ilun txikiagoa erakusten ditu. 2016an, Sun Jianfeng et al.-ek 1570 nm-ko laser bidezko irudi aktiboko plataforma esperimental multzo bat eraiki zuten InGaAs elur-jausi fotodetektagailuan oinarrituta. Barne zirkuituaAPD fotodetektagailuaoihartzunak jaso eta seinale digitalak zuzenean irteten ditu, gailu osoa trinkoa bihurtuz. Emaitza esperimentalak (d) eta (e) irudietan erakusten dira. (d) irudia irudi-helburuaren argazki fisikoa da, eta (e) irudia hiru dimentsioko distantzia-irudia. Argi ikus daiteke c eremuko leiho-eremuak sakonera-distantzia jakin bat duela A eta b eremuekin. Plataformak 10 ns baino gutxiagoko pultsu-zabalera, pultsu bakarreko energia (1 ~ 3) mJ erregulagarria, 2°-ko hargailu-lentearen eremu-angelua, 1 kHz-ko errepikapen-maiztasuna eta % 60 inguruko detektagailu-lan-erlazioa lortzen ditu. APDren barneko fotokorronte-irabazia, erantzun azkarra, tamaina trinkoa, iraunkortasuna eta kostu baxuari esker, APD fotodetektagailuak PIN fotodetektagailuak baino magnitude-ordena bat handiagoak izan daitezke detekzio-tasan, beraz, egungo liDAR nagusia elur-jausi fotodetektagailuek osatzen dute batez ere.
Oro har, InGaAs prestatzeko teknologiaren garapen azkarrarekin etxean zein atzerrian, MBE, MOCVD, LPE eta beste teknologia batzuk trebetasunez erabil ditzakegu InP substratuan kalitate handiko InGaAs epitaxial geruza prestatzeko. InGaAs fotodetektagailuek iluntasun-korronte baxua eta erantzun handia erakusten dute, iluntasun-korronte baxuena 0,75 pA/μm² baino txikiagoa da, erantzun maximoa 0,57 A/W-ra artekoa da eta erantzun iragankor azkarra dute (ps ordena). InGaAs fotodetektagailuen etorkizuneko garapenak bi alderdi hauetan zentratuko da: (1) InGaAs epitaxial geruza zuzenean Si substratuan hazten da. Gaur egun, merkatuan dauden gailu mikroelektroniko gehienak Si oinarrituta daude, eta ondorengo InGaAs eta Si oinarriaren garapen integratua da joera orokorra. Sare-desadostasuna eta hedapen termikoaren koefizientearen aldea bezalako arazoak konpontzea ezinbestekoa da InGaAs/Si azterketarako; (2) 1550 nm-ko uhin-luzera teknologia heldua da, eta uhin-luzera hedatua (2,0 ~ 2,5) μm da etorkizuneko ikerketa-norabidea. In osagaien igoerarekin, InP substratuaren eta InGaAs epitaxial geruzaren arteko sare-desadostasunak dislokazio eta akats larriagoak ekarriko ditu, beraz, beharrezkoa da gailuaren prozesu-parametroak optimizatzea, sare-akatsak murriztea eta gailuaren iluntasun-korrontea murriztea.
Argitaratze data: 2024ko maiatzaren 6a