StrukturaInGaAs fotodetektor
Od 1980-ih, istraživači proučavaju strukturu InGaAs fotodetektora, koji se mogu sažeti u tri glavne vrste: InGaAs metal, poluprovodnik, metal.fotodetektori(MSM-PD), InGaAsPIN fotodetektori(PIN-PD) i InGaAsfotodetektori lavina(APD-PD). Postoje značajne razlike u proizvodnom procesu i cijeni InGaAs fotodetektora s različitim strukturama, a postoje i značajne razlike u performansama uređaja.
Shematski dijagram strukture metal-poluprovodnik metalnog fotodetektora InGaAs prikazan je na slici, koja predstavlja posebnu strukturu zasnovanu na Schottky spoju. Godine 1992. Shi i saradnici su koristili tehnologiju epitaksije niskog pritiska metal-organske parne faze (LP-MOVPE) za uzgoj epitaksijalnih slojeva i pripremu InGaAs MSM fotodetektora. Uređaj ima visoku osjetljivost od 0,42 A/W na talasnoj dužini od 1,3 μm i tamnu struju manju od 5,6 pA/μm² na 1,5 V. Godine 1996. istraživači su koristili epitaksiju molekularnog snopa gasne faze (GSMBE) za uzgoj InAlAs InGaAs InP epitaksijalnih slojeva, koji su pokazali visoke karakteristike otpornosti. Uslovi rasta su optimizovani putem mjerenja rendgenske difrakcije, što je rezultiralo neusklađenošću rešetke između slojeva InGaAs i InAlAs u rasponu od 1 × 10⁻³. Kao rezultat toga, performanse uređaja su optimizovane, sa tamnom strujom manjom od 0,75 pA/μ m² pri 10 V i brzim prelaznim odzivom od 16 ps pri 5 V. Sveukupno, fotodetektor MSM strukture ima jednostavnu i lako integrišuću strukturu, pokazujući nižu tamnu struju (nivo pA), ali metalna elektroda smanjuje efektivnu površinu apsorpcije svjetlosti uređaja, što rezultira nižom osjetljivošću u poređenju sa drugim strukturama.
InGaAs PIN fotodetektor ima intrinzični sloj umetnut između kontaktnog sloja P-tipa i kontaktnog sloja N-tipa, kao što je prikazano na slici, što povećava širinu područja osiromašenja, čime zrači više parova elektrona i šupljina i formira veću fotostruju, pokazujući tako odličnu elektronsku provodljivost. 2007. godine, istraživači su koristili MBE za uzgoj niskotemperaturnih međuslojeva, poboljšavajući hrapavost površine i prevazilazeći neusklađenost rešetke između Si i InP. Integrirali su InGaAs PIN strukture na InP podlogama koristeći MOCVD, a odziv uređaja je bio približno 0,57 A/W. 2011. godine, istraživači su koristili PIN fotodetektore za razvoj LiDAR uređaja za snimanje kratkog dometa za navigaciju, izbjegavanje prepreka/sudara i detekciju/prepoznavanje ciljeva malih bespilotnih kopnenih vozila. Uređaj je integriran s jeftinim mikrovalnim pojačalom, značajno poboljšavajući odnos signala i šuma InGaAs PIN fotodetektora. Na osnovu toga, istraživači su 2012. godine primijenili ovaj LiDAR uređaj za snimanje na robote, sa dometom detekcije preko 50 metara i rezolucijom povećanom na 256 × 128.
InGaAs lavinski fotodetektor je vrsta fotodetektora sa pojačanjem, kao što je prikazano na strukturnom dijagramu. Elektronsko-šupljinski parovi dobijaju dovoljnu energiju pod djelovanjem električnog polja unutar područja udvostručavanja i sudaraju se s atomima kako bi generirali nove elektronsko-šupljinske parove, formirajući lavinski efekat i udvostručujući neravnotežne nosioce naboja u materijalu. 2013. godine, istraživači su koristili MBE za uzgoj legura InGaAs i InAlAs sa usklađenom rešetkom na InP podlogama, modulirajući energiju nosioca kroz promjene u sastavu legure, debljini epitaksijalnog sloja i dopiranju, maksimizirajući ionizaciju elektrošoka uz minimiziranje ionizacije šupljina. Uz ekvivalentno pojačanje izlaznog signala, APD pokazuje nizak šum i nižu tamnu struju. 2016. godine, istraživači su konstruisali eksperimentalnu platformu za lasersko aktivno snimanje od 1570 nm zasnovanu na InGaAs lavinskim fotodetektorima. Unutrašnje kolo...APD fotodetektorprimaju odjeke i direktno šalju digitalne signale, čineći cijeli uređaj kompaktnim. Eksperimentalni rezultati su prikazani na slikama (d) i (e). Slika (d) je fizička fotografija cilja snimanja, a slika (e) je trodimenzionalna slika udaljenosti. Jasno se vidi da područje prozora u Zoni C ima određenu dubinsku udaljenost od Zona A i B. Ova platforma postiže širinu impulsa manju od 10 ns, podesivu energiju pojedinačnog impulsa (1-3) mJ, ugao vidnog polja od 2° za predajne i prijemne leće, brzinu ponavljanja od 1 kHz i radni ciklus detektora od približno 60%. Zahvaljujući internom pojačanju fotostruje, brzom odzivu, kompaktnoj veličini, izdržljivosti i niskoj cijeni APD-a, APD fotodetektori mogu postići brzinu detekcije koja je za red veličine veća od PIN fotodetektora. Stoga, trenutno mainstream laserski radar uglavnom koristi lavinske fotodetektore.
Vrijeme objave: 11. februar 2026.