Недавни напредак увисокоосетљиви лавински фотодетектори
Висока осетљивост на собној температури 1550 nmдетектор лавинских фотодиода
У блиском инфрацрвеном (SWIR) опсегу, високо осетљиве брзе лавинске диоде се широко користе у оптоелектронској комуникацији и liDAR апликацијама. Међутим, тренутна блискоинфрацрвена лавинска фотодиода (APD) у којој доминира индијум-галијум-арсен лавинска пробојна диода (InGaAs APD) увек је била ограничена шумом јонизације случајних судара традиционалних материјала за мултипликаторске области, индијум-фосфида (InP) и индијум-алуминијум-арсена (InAlAs), што је резултирало значајним смањењем осетљивости уређаја. Током година, многи истраживачи активно траже нове полупроводничке материјале који су компатибилни са InGaAs и InP оптоелектронским платформама и имају ултра-ниске перформансе шума јонизације сличне материјалима од силицијума у расутом стању.
Иновативни лавински фотодиодни детектор од 1550 nm помаже развоју LiDAR система
Тим истраживача у Великој Британији и Сједињеним Државама је по први пут успешно развио нови APD фотодетектор ултра високе осетљивости од 1550 nm (фотодетектор лавине), пробој који обећава да ће значајно побољшати перформансе LiDAR система и других оптоелектронских апликација.
Нови материјали нуде кључне предности
Врхунац овог истраживања је иновативна употреба материјала. Истраживачи су изабрали GaAsSb као апсорпциони слој и AlGaAsSb као мултипликаторски слој. Овај дизајн се разликује од традиционалног InGaAs/InP и доноси значајне предности:
1. GaAsSb апсорпциони слој: GaAsSb има сличан коефицијент апсорпције као InGaAs, а прелаз са GaAsSb апсорпционог слоја на AlGaAsSb (мултипликаторски слој) је лакши, смањујући ефекат замке и побољшавајући брзину и ефикасност апсорпције уређаја.
2. Слој множења AlGaAsSb: Слој множења AlGaAsSb је супериорнији у односу на традиционални InP и InAlAs слој множења по питању перформанси. То се углавном огледа у високом појачању на собној температури, великом пропусном опсегу и ултра ниском вишку шума.
Са одличним показатељима учинка
НовиАПД фотодетектор(детектор лавинске фотодиоде) такође нуди значајна побољшања у метрикама перформанси:
1. Ултрависоко појачање: Ултрависоко појачање од 278 је постигнуто на собној температури, а недавно је др Јин Сјао побољшао оптимизацију структуре и процес, а максимално појачање је повећано на M=1212.
2. Веома низак ниво шума: показује веома низак вишак шума (F < 3, појачање M = 70; F < 4, појачање M = 100).
3. Висока квантна ефикасност: под максималним појачањем, квантна ефикасност је чак 5935,3%. Јака температурна стабилност: осетљивост на пробој на ниској температури је око 11,83 mV/K.
Слика 1 Прекомерна бука APD-афотодетекторски уређајиу поређењу са другим APD фотодетекторима
Широке могућности примене
Овај нови АПД има важне импликације за лиДАР системе и примене фотона:
1. Побољшан однос сигнал-шум: Карактеристике високог појачања и ниског нивоа шума значајно побољшавају однос сигнал-шум, што је критично за примене у окружењима сиромашним фотонима, као што је праћење гасова стаклене баште.
2. Јака компатибилност: Нови APD фотодетектор (лавински фотодетектор) је дизајниран да буде компатибилан са тренутним оптоелектронским платформама на бази индијум фосфида (InP), обезбеђујући беспрекорну интеграцију са постојећим комерцијалним комуникационим системима.
3. Висока оперативна ефикасност: Може ефикасно да ради на собној температури без сложених механизама хлађења, што поједностављује примену у различитим практичним применама.
Развој овог новог SACM APD фотодетектора (лавинског фотодетектора) од 1550 nm представља велики пробој у овој области. Решава кључна ограничења повезана са прекомерним шумом и производима са повећањем пропусног опсега у традиционалним дизајнима APD фотодетектора (лавинског фотодетектора). Очекује се да ће ова иновација побољшати могућности liDAR система, посебно у беспилотним liDAR системима, као и комуникацију у слободном простору.
Време објаве: 13. јануар 2025.