Структурата наInGaAs фотодетектор
От 80-те години на миналия век изследователите изучават структурата на InGaAs фотодетекторите, които могат да бъдат обобщени в три основни типа: InGaAs метал полупроводник металфотодетектори(MSM-PD), InGaAsПИН фотодетектори(PIN-PD) и InGaAsлавински фотодетектори(APD-PD). Съществуват значителни разлики в производствения процес и цената на InGaAs фотодетекторите с различни структури, а също така има значителни разлики в производителността на устройството.
Схематичната диаграма на структурата на метал-полупроводников метален фотодетектор InGaAs е показана на фигурата, която представлява специална структура, базирана на Шотки преход. През 1992 г. Ши и др. използват технология за нисконапорна металоорганична парофазна епитаксия (LP-MOVPE), за да отгледат епитаксиални слоеве и да приготвят InGaAs MSM фотодетектори. Устройството има висока чувствителност от 0,42 A/W при дължина на вълната 1,3 μm и тъмен ток по-малък от 5,6 pA/μm² при 1,5 V. През 1996 г. изследователи използват газофазна молекулярно-лъчева епитаксия (GSMBE), за да отгледат епитаксиални слоеве InAlAs InGaAs InP, които показват високи характеристики на съпротивление. Условията на растеж са оптимизирани чрез рентгеноструктурни измервания, което води до несъответствие в решетката между слоевете InGaAs и InAlAs в диапазона от 1 × 10⁻³. В резултат на това, производителността на устройството беше оптимизирана, с тъмен ток по-малък от 0,75 pA/μ m² при 10 V и бърз преходен отговор от 16 ps при 5 V. Като цяло, фотодетекторът с MSM структура има проста и лесна за интегриране структура, показваща по-нисък тъмен ток (ниво на pA), но металният електрод намалява ефективната площ на поглъщане на светлина от устройството, което води до по-ниска чувствителност в сравнение с други структури.
InGaAs PIN фотодетекторът има вътрешен слой, вмъкнат между P-тип контактния слой и N-тип контактния слой, както е показано на фигурата, което увеличава ширината на областта на изчерпване, като по този начин излъчва повече електронно-дупкови двойки и образува по-голям фототок, като по този начин показва отлична електронна проводимост. През 2007 г. изследователи използваха MBE, за да отгледат нискотемпературни буферни слоеве, подобрявайки грапавостта на повърхността и преодолявайки несъответствието в решетките между Si и InP. Те интегрираха InGaAs PIN структури върху InP субстрати, използвайки MOCVD, а чувствителността на устройството беше приблизително 0,57 A/W. През 2011 г. изследователи използваха PIN фотодетектори, за да разработят LiDAR устройство за изображения с малък обхват за навигация, избягване на препятствия/сблъсък и откриване/разпознаване на цели на малки безпилотни наземни превозни средства. Устройството беше интегрирано с евтин микровълнов усилвателен чип, което значително подобри съотношението сигнал/шум на InGaAs PIN фотодетекторите. На тази основа, през 2012 г., изследователите приложиха това устройство за изображения LiDAR към роботи, с обхват на откриване над 50 метра и резолюция, увеличена до 256 × 128.
Лавинният фотодетектор InGaAs е вид фотодетектор с усилване, както е показано на структурната диаграма. Електронно-дупковите двойки получават достатъчна енергия под действието на електрическото поле вътре в областта на удвояване и се сблъскват с атоми, за да генерират нови електронно-дупкови двойки, образувайки лавинов ефект и удвоявайки неравновесните носители на заряд в материала. През 2013 г. изследователи използваха MBE, за да отгледат решетъчно съвпадащи InGaAs и InAlAs сплави върху InP подложки, модулирайки енергията на носителите чрез промени в състава на сплавта, дебелината на епитаксиалния слой и легиране, максимизирайки електрошоковата йонизация, като същевременно минимизират дупковата йонизация. При еквивалентно усилване на изходния сигнал, APD показва нисък шум и по-нисък тъмен ток. През 2016 г. изследователи конструираха експериментална платформа за активно лазерно изобразяване с дължина на вълната 1570 nm, базирана на лавинни фотодетектори InGaAs. Вътрешната схема на...APD фотодетекторприема ехо и директно извежда цифрови сигнали, което прави цялото устройство компактно. Експерименталните резултати са показани на фигури (d) и (e). Фигура (d) е физическа снимка на целта за изобразяване, а Фигура (e) е триизмерно изображение на разстояние. Ясно се вижда, че площта на прозореца в зона C има определено разстояние по дълбочина от зони A и B. Тази платформа постига ширина на импулса по-малка от 10 ns, регулируема енергия на единичен импулс (1-3) mJ, ъгъл на зрително поле от 2° за предаващата и приемащата леща, честота на повторение от 1 kHz и работен цикъл на детектора от приблизително 60%. Благодарение на вътрешното усилване на фототока, бързата реакция, компактния размер, издръжливостта и ниската цена на APD, APD фотодетекторите могат да постигнат скорост на откриване, която е с един порядък по-висока от PIN фотодетекторите. Следователно, в момента масовите лазерни радари използват главно лавинни фотодетектори.
Време на публикуване: 11 февруари 2026 г.