Nedavni napredak uvisokoosjetljivi lavinski fotodetektori
Visoka osjetljivost na sobnoj temperaturi 1550 nmdetektor lavinske fotodiode
U bliskom infracrvenom (SWIR) pojasu, visokoosjetljive brze lavinske diode široko se koriste u optoelektronskoj komunikaciji i liDAR primjenama. Međutim, trenutna bliskoinfracrvena lavinska fotodioda (APD) u kojoj dominira indij-galij-arsen lavinska probojna dioda (InGaAs APD) oduvijek je bila ograničena slučajnim kolizijskim ionizacijskim šumom tradicionalnih materijala za multiplikatorsko područje, indij-fosfida (InP) i indij-aluminij-arsena (InAlAs), što je rezultiralo značajnim smanjenjem osjetljivosti uređaja. Tijekom godina, mnogi istraživači aktivno traže nove poluvodičke materijale koji su kompatibilni s InGaAs i InP optoelektroničkim platformskim procesima i imaju ultra-niske performanse ionizacijskog šuma slične onima kod silicijskih materijala u rasutom stanju.
Inovativni detektor lavinske fotodiode od 1550 nm pomaže u razvoju LiDAR sustava
Tim istraživača u Ujedinjenom Kraljevstvu i Sjedinjenim Američkim Državama prvi je put uspješno razvio novi APD fotodetektor ultra visoke osjetljivosti od 1550 nm (fotodetektor lavina), proboj koji obećava uvelike poboljšati performanse LiDAR sustava i drugih optoelektroničkih primjena.
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 razlikuje se 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 učinkovitost apsorpcije uređaja.
2. Sloj množitelja AlGaAsSb: Sloj množitelja AlGaAsSb je superiorniji u odnosu na tradicionalne InP i InAlAs slojeve množitelja po performansama. To se uglavnom ogleda u visokom pojačanju na sobnoj temperaturi, velikoj propusnosti i ultra niskom višku šuma.
S izvrsnim pokazateljima uspješnosti
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 učinkovitost: pri maksimalnom pojačanju, kvantna učinkovitost je visoka i do 5935,3%. Jaka temperaturna stabilnost: osjetljivost proboja na niskim temperaturama je oko 11,83 mV/K.
Slika 1 Prekomjerna buka APD-afotodetektorski uređajiu usporedbi s drugim APD fotodetektorima
Široke mogućnosti primjene
Ovaj novi APD ima važne implikacije za liDAR sustave i primjenu fotona:
1. Poboljšani omjer signala i šuma: Karakteristike visokog pojačanja i niskog šuma značajno poboljšavaju omjer signala i šuma, što je ključno za primjene u okruženjima siromašnim fotonima, kao što je praćenje stakleničkih plinova.
2. Snažna kompatibilnost: Novi APD fotodetektor (lavinski fotodetektor) dizajniran je da bude kompatibilan s trenutnim optoelektroničkim platformama na bazi indijevog fosfida (InP), osiguravajući besprijekornu integraciju s postojećim komercijalnim komunikacijskim sustavima.
3. Visoka operativna učinkovitost: Može učinkovito 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 napredak u ovom području. Rješava ključna ograničenja povezana s prekomjernim šumom i proizvodima pojačanja propusnosti u tradicionalnim dizajnima APD fotodetektora (lavinskog fotodetektora). Očekuje se da će ova inovacija poboljšati mogućnosti liDAR sustava, posebno u bespilotnim liDAR sustavima, kao i komunikaciju u slobodnom prostoru.
Vrijeme objave: 13. siječnja 2025.