Structure dePhotodetecteur ingaas
Depuis les années 1980, les chercheurs au pays et à l'étranger ont étudié la structure des photodétecteurs Ingaas, qui sont principalement divisés en trois types. Ce sont des ingaas métal-semiconductor-métal photodétecteur (MSM-PD), le photodétecteur PIN INGAAS (PIN-PD) et le photodétector de l'avalanche Ingaas (APD-PD). Il existe des différences significatives dans le processus de fabrication et le coût des photodétecteurs Ingaas avec différentes structures, et il existe également de grandes différences dans les performances de l'appareil.
L'Ingaas Metal-Semiconductor-Metalphotodétecteur, illustré à la figure (a), est une structure spéciale basée sur la jonction Schottky. En 1992, Shi et al. Utilisé la technologie épitaxy de phase de vapeur en métal à basse pression (LP-MOVPE) pour cultiver des couches d'épitaxie et préparé le photodétecteur MSM Ingaas, qui a une réactivité élevée de 0,42 A / W à une longueur d'onde de 1,3 μm et un courant sombre inférieur à 5,6 Pa / μm² à 1,5 V. En 1996, Zhang et al. Utilisé l'épitaxie du faisceau moléculaire de phase gazeuse (GSMBE) pour cultiver la couche d'épitaxie inalas-ingaas-inp. La couche d'inalas a montré des caractéristiques de résistivité élevées, et les conditions de croissance ont été optimisées par la mesure de diffraction des rayons X, de sorte que le décalage du réseau entre les couches Ingaas et Inalas se situait dans la plage de 1 x 10⁻³. Il en résulte des performances optimisées avec le dispositif avec un courant sombre inférieur à 0,75 PA / μm² à 10 V et une réponse transitoire rapide jusqu'à 16 ps à 5 V. Dans l'ensemble, le photodétecteur de la structure MSM est simple et facile à intégrer, montrant un courant sombre faible (ordre PA), mais l'électrode métallique réduira la zone d'absorption de lumière efficace du dispositif, donc la réponse est inférieure à d'autres structures.
Le photodétecteur de la broche Ingaas insère une couche intrinsèque entre la couche de contact de type p et la couche de contact de type N, comme le montre la figure (b), qui augmente la largeur de la région de déplétion, rayonnant ainsi plus de paires de trou électronique et formant un photocurrent plus grand, donc il a une excellente performance de conduction électronique. En 2007, A.Poloczek et al. Utilisé MBE pour développer une couche de tampon à basse température pour améliorer la rugosité de la surface et surmonter l'inadéquation du réseau entre Si et Inp. Le MOCVD a été utilisé pour intégrer la structure de la broche Ingaas sur le substrat INP, et la réactivité de l'appareil était d'environ 0,57A / W. En 2011, le Laboratoire de recherche de l'armée (ALR) a utilisé des photodétecteurs PIN pour étudier un imageur lidar pour la navigation, l'évitement des obstacles / collisions et la détection / identification de cible à court terme pour les petits véhicules au sol sans pilote, intégrés à une puce d'amplificateur micro-ondes à faible coût qui a considérablement amélioré le rapport signal / bruit de la photodétecteur PIN ingaaS. Sur cette base, en 2012, ALL a utilisé cet imageur lidar pour les robots, avec une plage de détection de plus de 50 m et une résolution de 256 × 128.
Les ingaasphotodétecteur d'avalancheest une sorte de photodétecteur avec gain, dont la structure est illustrée à la figure (c). La paire de trous d'électrons obtient suffisamment d'énergie sous l'action du champ électrique à l'intérieur de la région de doublement, de manière à entrer en collision avec l'atome, à générer de nouvelles paires de trou d'électrons, à former un effet d'avalanche et à multiplier les porteurs de non-équilibre dans le matériau. En 2013, George M a utilisé MBE pour cultiver des alliages ingaas et inalas appariés sur un substrat InP, en utilisant des changements dans la composition des alliages, l'épaisseur de la couche épitaxiale et le dopage pour moduler l'énergie du porte-parcours pour maximiser l'ionisation de l'électrochock tout en minimisant l'ionisation du trou. Au gain de signal de sortie équivalent, APD montre un bruit plus bas et un courant sombre inférieur. En 2016, Sun Jianfeng et al. Construit un ensemble de plate-forme expérimentale d'imagerie active laser de 1570 nm basée sur le photodétecteur Avalanche Ingaas. Le circuit interne dePhotodétecteur APDÉchos reçus et sort directement des signaux numériques, ce qui rend l'ensemble de l'appareil compact. Les résultats expérimentaux sont présentés sur la fig. (d) et (e). La figure (d) est une photo physique de la cible d'imagerie, et la figure (e) est une image à distance tridimensionnelle. On peut voir clairement que la zone de fenêtre de la zone C a une certaine distance de profondeur avec les zones A et B. La plate-forme réalise la largeur d'impulsion inférieure à 10 ns, énergie d'impulsion unique (1 ~ 3) MJ réglable, recevant un angle de champ de lentilles de 2 °, fréquence de répétition de 1 kHz, rapport de service du détecteur d'environ 60%. Grâce au gain de photocourant interne d'APD, à une réponse rapide, à la taille compacte, à la durabilité et à un faible coût, les photodétecteurs APD peuvent être un ordre de grandeur plus élevé dans le taux de détection que les photodétecteurs de PIN, de sorte que le lidar grand public actuel est principalement dominé par les photodétecteurs d'avalanche.
Dans l'ensemble, avec le développement rapide de la technologie de préparation Ingaas au pays et à l'étranger, nous pouvons habilement utiliser MBE, MOCVD, LPE et d'autres technologies pour préparer la couche épitaxiale ingaas de haute qualité sur le substrat INP. Les photodétecteurs Ingaas présentent un courant sombre faible et une réactivité élevée, le courant sombre le plus bas est inférieur à 0,75 PA / μm², la réactivité maximale est jusqu'à 0,57 A / W et a une réponse transitoire rapide (ordre PS). Le développement futur des photodétecteurs Ingaas se concentrera sur les deux aspects suivants: (1) La couche épitaxiale ingaas est directement cultivée sur le substrat de Si. À l'heure actuelle, la plupart des dispositifs microélectroniques sur le marché sont basés sur Si, et le développement intégré ultérieur d'INGAAS et de SI est la tendance générale. La résolution de problèmes tels que l'inadéquation du réseau et la différence de coefficient de coefficient d'expansion thermique est cruciale pour l'étude de l'ingaas / si; (2) La technologie de longueur d'onde de 1550 nm a été mature et la longueur d'onde étendue (2,0 ~ 2,5) μm est la direction de recherche future. Avec l'augmentation des composants, l'inadéquation du réseau entre le substrat InP et la couche épitaxiale Ingaas entraînera des dislocations et des défauts plus graves, il est donc nécessaire d'optimiser les paramètres du processus de dispositif, de réduire les défauts du réseau et de réduire le courant de l'appareil sombre.
Heure du poste: mai-06-2024