Nedavni napredak uvisokoosjetljivi lavinski fotodetektori
Visoka osjetljivost na sobnoj temperaturi 1550 nmdetektor lavinske fotodiode
U bliskom infracrvenom (SWIR) opsegu, visokoosjetljive brze lavinske diode se široko koriste u optoelektronskoj komunikaciji i liDAR primjenama. Međutim, trenutna blisko infracrvena lavinska fotodioda (APD) u kojoj dominira indijum-galijum-arsen lavinska probojna dioda (InGaAs APD) oduvijek je bila ograničena slučajnim kolizijskim jonizacijskim šumom tradicionalnih materijala za multiplikatorsko područje, indijum-fosfida (InP) i indijum-aluminijum-arsena (InAlAs), što je rezultiralo značajnim smanjenjem osjetljivosti uređaja. Tokom godina, mnogi istraživači aktivno traže nove poluprovodničke materijale koji su kompatibilni sa InGaAs i InP optoelektronskim platformskim procesima i imaju ultra-niske performanse jonizacionog šuma slične materijalima od silicija u rasutom stanju.
Inovativni detektor lavinske fotodiode od 1550 nm pomaže u razvoju LiDAR sistema
Tim istraživača u Ujedinjenom Kraljevstvu i Sjedinjenim Američkim Državama prvi put je uspješno razvio novi APD fotodetektor ultra visoke osjetljivosti od 1550 nm.fotodetektor lavine), proboj koji obećava značajno poboljšanje performansi LiDAR sistema i drugih optoelektronskih aplikacija.
Novi materijali nude ključne prednosti
Vrhunac ovog istraživanja je inovativna upotreba materijala. Istraživači su odabrali GaAsSb kao apsorpcijski sloj i AlGaAsSb kao multiplikacijski sloj. Ovaj dizajn se razlikuje od tradicionalnog InGaAs/InP i donosi značajne prednosti:
1. GaAsSb apsorpcijski sloj: GaAsSb ima sličan koeficijent apsorpcije kao InGaAs, a prijelaz iz GaAsSb apsorpcijskog sloja u AlGaAsSb (multiplikacijski sloj) je lakši, što smanjuje efekt zarobljavanja i poboljšava brzinu i efikasnost apsorpcije uređaja.
2. AlGaAsSb sloj množitelja: AlGaAsSb sloj množitelja je superiorniji od tradicionalnih InP i InAlAs slojeva množitelja po performansama. To se uglavnom ogleda u visokom pojačanju na sobnoj temperaturi, velikoj propusnosti i ultra niskom višku šuma.
Sa odličnim pokazateljima performansi
NoviAPD fotodetektor(detektor lavinske fotodiode) također nudi značajna poboljšanja u pokazateljima performansi:
1. Ultra visoko pojačanje: Ultra visoko pojačanje od 278 postignuto je na sobnoj temperaturi, a nedavno je dr. Jin Xiao poboljšao optimizaciju strukture i proces, te je maksimalno pojačanje povećano na M=1212.
2. Vrlo nizak šum: pokazuje vrlo nizak višak šuma (F < 3, pojačanje M = 70; F < 4, pojačanje M = 100).
3. Visoka kvantna efikasnost: pri maksimalnom pojačanju, kvantna efikasnost je visoka i do 5935,3%. Jaka temperaturna stabilnost: osjetljivost na proboj na niskim temperaturama je oko 11,83 mV/K.
Sl. 1 Prekomjerna buka APD-afotodetektorski uređajiu poređenju sa drugim APD fotodetektorima
Široke mogućnosti primjene
Ovaj novi APD ima važne implikacije za liDAR sisteme i primjenu fotona:
1. Poboljšan odnos signala i šuma: Karakteristike visokog pojačanja i niskog šuma značajno poboljšavaju odnos signala i šuma, što je ključno za primjene u okruženjima siromašnim fotonima, kao što je praćenje efekata staklene bašte.
2. Snažna kompatibilnost: Novi APD fotodetektor (lavinski fotodetektor) dizajniran je da bude kompatibilan sa trenutnim optoelektronskim platformama na bazi indijum fosfida (InP), osiguravajući besprijekornu integraciju sa postojećim komercijalnim komunikacijskim sistemima.
3. Visoka operativna efikasnost: Može efikasno raditi na sobnoj temperaturi bez složenih mehanizama hlađenja, što pojednostavljuje primjenu u raznim praktičnim primjenama.
Razvoj ovog novog SACM APD fotodetektora (lavinskog fotodetektora) od 1550 nm predstavlja veliki proboj u ovoj oblasti. Rješava ključna ograničenja povezana s prekomjernim šumom i proizvodima pojačanja propusnog opsega u tradicionalnim dizajnima APD fotodetektora (lavinskog fotodetektora). Očekuje se da će ova inovacija poboljšati mogućnosti liDAR sistema, posebno u bespilotnim liDAR sistemima, kao i komunikaciju u slobodnom prostoru.
Vrijeme objave: 13. januar 2025.