СтруктураInGaAs фотадэтэктар
З 1980-х гадоў даследчыкі вывучаюць структуру фотадэтэктараў InGaAs, якія можна абагульніць на тры асноўныя тыпы: метал InGaAs паўправаднік металфотадэтэктары(MSM-PD), InGaAsPIN-фотадэтэктары(PIN-PD) і InGaAsлавінныя фотадэтэктары(APD-PD). Існуюць істотныя адрозненні ў вытворчым працэсе і кошце фотадэтэктараў InGaAs з рознымі структурамі, а таксама істотныя адрозненні ў прадукцыйнасці прылад.
На малюнку паказана схематычная дыяграма структуры металічнага паўправадніковага металічнага фотадэтэктара InGaAs, якая ўяўляе сабой спецыяльную структуру на аснове пераходу Шоткі. У 1992 годзе Шы і інш. выкарысталі тэхналогію нізкаціскавай металаарганічнай газафазнай эпітаксіі (LP-MOVPE) для вырошчвання эпітаксіяльных слаёў і падрыхтоўкі фотадэтэктараў InGaAs MSM. Прылада мае высокую адчувальнасць 0,42 А/Вт пры даўжыні хвалі 1,3 мкм і цёмны ток менш за 5,6 пА/мкм² пры 1,5 В. У 1996 годзе даследчыкі выкарысталі газафазную малекулярна-прамянёвую эпітаксію (GSMBE) для вырошчвання эпітаксіяльных слаёў InAlAs InGaAs InP, якія прадэманстравалі высокія характарыстыкі супраціўлення. Умовы росту былі аптымізаваны з дапамогай вымярэнняў рэнтгенаўскай дыфракцыі, што прывяло да разыходжання рашоткі паміж слаямі InGaAs і InAlAs у межах 1 × 10⁻³. У выніку прадукцыйнасць прылады была аптымізавана: цёмны ток склаў менш за 0,75 пА/мкм² пры 10 В, а пераходны працэс — 16 пс пры 5 В. У цэлым, фотадэтэктар са структурай MSM мае простую і лёгка інтэграваную структуру, дэманструючы меншы цёмны ток (узровень пА), але металічны электрод памяншае эфектыўную плошчу паглынання святла прыладай, што прыводзіць да больш нізкай адчувальнасці ў параўнанні з іншымі структурамі.
PIN-фотадэтэктар InGaAs мае ўнутраны пласт, устаўлены паміж кантактным пластом P-тыпу і кантактным пластом N-тыпу, як паказана на малюнку, што павялічвае шырыню вобласці знясілення, тым самым выпраменьваючы больш электронна-дзірачных пар і фарміруючы большы фотаток, дэманструючы выдатную электронную праводнасць. У 2007 годзе даследчыкі выкарысталі MBE для вырошчвання нізкатэмпературных буферных пластоў, паляпшаючы шурпатасць паверхні і пераадольваючы неадпаведнасць рашоткі паміж Si і InP. Яны інтэгравалі PIN-структуры InGaAs на падложкі InP з дапамогай MOCVD, і адчувальнасць прылады склала прыблізна 0,57 А/Вт. У 2011 годзе даследчыкі выкарысталі PIN-фотадэтэктары для распрацоўкі прылады візуалізацыі LiDAR блізкага радыусу дзеяння для навігацыі, пазбягання перашкод/сутыкненняў і выяўлення/распазнавання цэляў невялікімі беспілотнымі наземнымі транспартнымі сродкамі. Прылада была інтэгравана з недарагім мікрахвалевым узмацняльнікам, што значна паляпшае суадносіны сігнал/шум PIN-фотадэтэктараў InGaAs. Зыходзячы з гэтага, у 2012 годзе даследчыкі ўжылі прыладу візуалізацыі LiDAR да робатаў, з далёкасцю выяўлення больш за 50 метраў і дазволам, павялічаным да 256 × 128.
Лавінны фотадэтэктар InGaAs — гэта тып фотадэтэктара з каэфіцыентам узмацнення, як паказана на структурнай дыяграме. Электронна-дзіркавы пары атрымліваюць дастатковую энергію пад дзеяннем электрычнага поля ўнутры вобласці падвойвання і сутыкаюцца з атамамі, ствараючы новыя электронна-дзіркавы пары, утвараючы лавінны эфект і падвойваючы нераўнаважныя носьбіты зараду ў матэрыяле. У 2013 годзе даследчыкі выкарысталі МПЭ для вырошчвання сплаваў InGaAs і InAlAs з супадзеннем рашотак на падкладках InP, мадулюючы энергію носьбітаў праз змены складу сплаву, таўшчыні эпітаксіяльнага пласта і легавання, максімізуючы іанізацыю электрашокам і мінімізуючы іанізацыю дзірак. Пры эквівалентным узмацненні выходнага сігналу ЛФД дэманструе нізкі ўзровень шуму і меншы цёмны ток. У 2016 годзе даследчыкі пабудавалі эксперыментальную платформу для актыўнай лазернай візуалізацыі з даўжынёй хвалі 1570 нм на аснове лавінных фотадэтэктараў InGaAs. Унутраная схема...Фотадэтэктар APDпрымаюць рэха і непасрэдна выдаюць лічбавыя сігналы, што робіць усю прыладу кампактнай. Вынікі эксперыментаў паказаны на малюнках (d) і (e). На малюнку (d) — фізічная фатаграфія цэлі візуалізацыі, а на малюнку (e) — трохмерная выява адлегласці. Добра відаць, што вобласць акна ў зоне C мае пэўную глыбінную адлегласць ад зон A і B. Гэтая платформа дасягае шырыні імпульсу менш за 10 нс, рэгуляванай энергіі аднаго імпульсу (1-3) мДж, вугла поля зроку 2° для перадаючай і прыёмнай лінзаў, частаты паўтарэння 1 кГц і каэфіцыента запаўнення дэтэктара прыблізна 60%. Дзякуючы ўнутранаму ўзмацненню фотатоку, хуткаму водгуку, кампактным памерам, даўгавечнасці і нізкай кошту, фотадэтэктары APD могуць дасягнуць хуткасці выяўлення, якая на парадак вышэйшая, чым у фотадэтэктараў PIN. Таму ў цяперашні час у асноўным выкарыстоўваюцца лазерныя радары лавіннага тыпу.
Час публікацыі: 11 лютага 2026 г.