منذ الثمانينيات من القرن الماضي ، درس الباحثون في الداخل والخارج بنية أجهزة الكشف عن الصور الضوئية ، والتي يتم تقسيمها بشكل أساسي إلى ثلاثة أنواع. هم كاشف ضوئي للمعادن المعدنية في المعادن (MSM-PD) ، وكتاب الكشف عن دبوس Ingaas (PIN-PD) ، وكتابة Ingaas Avalanche PhotoDetic (APD-PD). هناك فروق ذات دلالة إحصائية في عملية التصنيع وتكلفة أجهزة الكشف الضوئية Ingaas مع هياكل مختلفة ، وهناك أيضًا اختلافات كبيرة في أداء الجهاز.
إنغااس للمعادن المعدنية المعدنيةالكاشف الضوئي، كما هو موضح في الشكل (أ) ، هي بنية خاصة تعتمد على تقاطع شوتكي. في عام 1992 ، شي وآخرون. تستخدم تقنية Epitaxy Technology Epitaxy Phapor ذات الضغط المنخفض للضغط المنخفض لزراعة طبقات كاشف ضوئية INGAAS MSM ، والتي لديها استجابة عالية قدرها 0.42 A/ W على طول موجي قدره 1.3 ميكرومتر وحوليات مظلمة من 5.6 PA/ μM² عند 1.5 V. في عام 1996 ، Zhang et al. تستخدم حزمة الجزيئية الجزيئية التي تستخدمها الغاز (GSMBE) لزراعة طبقة epitaxy inalas-ingaas-inp. أظهرت طبقة inalas خصائص مقاومة عالية ، وتم تحسين ظروف النمو من خلال قياس حيود الأشعة السينية ، بحيث كان عدم تطابق الشبكة بين طبقات Ingaas و Inalas في حدود 1 × 10⁻. ينتج عن هذا أداء جهاز محسّن مع التيار المظلم أقل من 0.75 Pa/μm² عند 10 فولت والاستجابة العابرة السريعة حتى 16 ps في 5 V. بشكل عام ، فإن الكاشف الضوئي لهيكل MSM بسيط وسهل الاندماج ، مما يدل على التيار المظلم المنخفض (PA) ، ولكن القطب المعدني سيقلل من مساحة امتصاص الضوء الفعالة للجهاز ، وبالتالي فإن الاستجابة أقل من الهياكل الأخرى.
يدرج كاشف دبوس Ingaas طبقة جوهرية بين طبقة التلامس من النوع P وطبقة التلامس من النوع N ، كما هو مبين في الشكل (ب) ، مما يزيد من عرض منطقة النضوب ، مما يشع بأزواج المزيد من الفتحة الإلكترونية وتشكيل ضوئي أكبر ، لذلك يكون لها أداء إلكتروني ممتاز. في عام 2007 ، A.Poloczek et al. استخدم MBE لزراعة طبقة عازلة منخفضة الحرارة لتحسين خشونة السطح والتغلب على عدم تطابق شعرية بين SI و INP. تم استخدام MOCVD لدمج بنية دبوس Ingaas على الركيزة INP ، وكانت استجابة الجهاز حوالي 0.57A /W. في عام 2011 ، استخدم مختبر أبحاث الجيش (ALL) أجهزة الكشف الضوئية الدبوس لدراسة صورة ليدار للملاحة ، وتجنب العقبة/الاصطدام ، واكتشاف/تحديد الهدف قصير المدى للسيارات الأرضية الصغيرة غير المأهولة ، المدمجة مع شريحة مضخم الميكروويف منخفضة التكلفة التي تحسنت بشكل كبير من نسبة الإشارة إلى الضوضاء في صناديق الاستغلال. على هذا الأساس ، في عام 2012 ، استخدم ALL هذا التصوير LiDar للروبوتات ، مع نطاق اكتشاف يزيد عن 50 مترًا ودقة 256 × 128.
إنغااسAvalanche PhotoDetectorهو نوع من الكشف الضوئي مع ربح ، والتي يظهر هيكله في الشكل (ج). يحصل زوج ثقب الإلكترون على طاقة كافية تحت عمل المجال الكهربائي داخل المنطقة المضاعفة ، وذلك لتصادم مع الذرة ، ويولد أزواج ثقب الإلكترون الجديدة ، ويشكل تأثيرًا على الانهيار ، وضرب ناقلات غير التوازن في المادة. في عام 2013 ، استخدم George M MBE لزراعة الشبكة التي تتطابق مع سبائك Ingaas و Inalas على الركيزة INP ، باستخدام التغييرات في تكوين السبائك ، وسمك الطبقة الفوقية ، والتنشر إلى طاقة الناقل المعدلة لزيادة تأين الصدمة الكهربائية مع تقليل تأين الثقب. في كسب إشارة الخرج المكافئة ، يُظهر APD انخفاض ضوضاء وانخفاض تيار الظلام. في عام 2016 ، Sun Jianfeng et al. بنيت مجموعة من نظام التشغيل التجريبي النشط ليزر 1570 نانومتر بناءً على الكشف الضوئي في إنجااس. الدائرة الداخلية لAPD PhotoDetectorأصداء مستلمة وإخراج الإشارات الرقمية مباشرة ، مما يجعل الجهاز بأكمله مضغوطًا. وتظهر النتائج التجريبية في FIG. (د) و (ه). الشكل (د) هو صورة مادية لهدف التصوير ، والشكل (هـ) هو صورة مسافة ثلاثية الأبعاد. يمكن أن نرى بوضوح أن منطقة نافذة المنطقة C لها مسافة عمق معينة مع المنطقة A و B. يدرك المنصة عرض النبض أقل من 10 نانو ثانية ، طاقة النبض المفردة (1 ~ 3) MJ قابلة للتعديل ، زاوية حقل العدسة التي تتلقى 2 درجة ، وتردد تكرار 1 كيلو هرتز ، ونسبة رسوم الكشف عن حوالي 60 ٪. بفضل المكاسب الضوئية الداخلية لـ APD ، والاستجابة السريعة ، والحجم المدمج ، والمتانة ، والتكاليف المنخفضة ، يمكن أن تكون أجهزة الكشف الضوئية APD أعلى في معدل الكشف عن المعدلات الضوئية الدبوس ، وبالتالي فإن Lidar السائد الحالي يهيمن عليه بشكل أساسي من قبل أجهزة الكشف عن الضوئي الفالان.
بشكل عام ، مع التطور السريع لتكنولوجيا إعداد Ingaas في الداخل والخارج ، يمكننا استخدام MBE و MOCVD و LPE وغيرها من التقنيات لإعداد طبقة مثقبة عالية الجودة على الركيزة INP. تظهر أجهزة الكشف الضوئية Ingaas التيار الداكن منخفضًا وذات استجابة عالية ، وأدنى تيار مظلم أقل من 0.75 Pa/μm² ، والاستجابة القصوى تصل إلى 0.57 A/W ، ولديها استجابة عابرة سريعة (ترتيب PS). سوف يركز التطور المستقبلي لأجهزة الكشف الضوئية Ingaas على الجانبين التاليين: (1) يزرع طبقة Ingaas الفائقة مباشرة على الركيزة SI. في الوقت الحاضر ، فإن معظم الأجهزة الإلكترونية الدقيقة في السوق تستند إلى SI ، والتطور المتكامل اللاحق لـ Ingaas و SI هو الاتجاه العام. يعد حل المشكلات مثل عدم تطابق الشبكة واختلاف معامل التمدد الحراري أمرًا بالغ الأهمية لدراسة Ingaas/Si ؛ (2) كانت تقنية الطول الموجي 1550 نانومتر ناضجة ، والطول الموجي الممتد (2.0 ~ 2.5) ميكرون هو اتجاه البحث في المستقبل. مع زيادة المكونات في المكونات ، سيؤدي عدم تطابق الشبكة بين الركيزة INP والطبقة الفوقية Ingaas إلى خلع وعيوب أكثر خطورة ، لذلك من الضروري تحسين معلمات عملية الجهاز ، وتقليل عيوب الشبكة ، وتقليل التيار المظلم للجهاز.
وقت النشر: May-06-2024