Nedávny pokrok vvysoko citlivé lavínové fotodetektory
Vysoká citlivosť pri izbovej teplote 1550 nmdetektor lavínovej fotodiódy
V pásme blízkeho infračerveného žiarenia (SWIR) sa v optoelektronickej komunikácii a aplikáciách liDAR široko používajú vysoko citlivé vysokorýchlostné lavínové diódy. Súčasná lavínová fotodióda (APD) pre blízke infračervené žiarenie, v ktorej dominuje lavínová prierazná dióda s indiom, gálium a arzénom (InGaAs APD), však bola vždy obmedzená náhodným ionizačným šumom tradičných materiálov multiplikačnej oblasti, fosfidu india (InP) a india, hlinito-arzénu (InAlAs), čo viedlo k výraznému zníženiu citlivosti zariadenia. V priebehu rokov mnoho výskumníkov aktívne hľadá nové polovodičové materiály, ktoré sú kompatibilné s procesmi optoelektronických platforiem InGaAs a InP a majú ultranízky vplyv ionizačného šumu podobný kremíkovým materiálom.
Inovatívny detektor lavínovej fotodiódy s vlnovou dĺžkou 1550 nm pomáha pri vývoji systémov LiDAR
Tím výskumníkov v Spojenom kráľovstve a Spojených štátoch prvýkrát úspešne vyvinul nový ultra citlivý APD fotodetektor s vlnovou dĺžkou 1550 nm.lavínový fotodetektor), čo je prielom, ktorý sľubuje výrazné zlepšenie výkonu systémov LiDAR a iných optoelektronických aplikácií.
Nové materiály ponúkajú kľúčové výhody
Vrcholom tohto výskumu je inovatívne použitie materiálov. Výskumníci si ako absorpčnú vrstvu zvolili GaAsSb a ako multiplikačnú vrstvu AlGaAsSb. Tento dizajn sa líši od tradičných InGaAs/InP a prináša významné výhody:
1. Absorpčná vrstva GaAsSb: GaAsSb má podobný absorpčný koeficient ako InGaAs a prechod z absorpčnej vrstvy GaAsSb na AlGaAsSb (multiplikačná vrstva) je jednoduchší, čo znižuje efekt pasce a zlepšuje rýchlosť a absorpčnú účinnosť zariadenia.
2. Násobiaca vrstva AlGaAsSb: Násobiaca vrstva AlGaAsSb je výkonnejšia ako tradičné násobiace vrstvy InP a InAlAs. To sa prejavuje najmä vysokým ziskom pri izbovej teplote, vysokou šírkou pásma a ultranízkym nadmerným šumom.
S vynikajúcimi ukazovateľmi výkonnosti
NovýAPD fotodetektor(lavínový fotodiódový detektor) tiež ponúka významné zlepšenia výkonnostných parametrov:
1. Ultra vysoké zosilnenie: Ultra vysoké zosilnenie 278 sa dosiahlo pri izbovej teplote a nedávno Dr. Jin Xiao zlepšil optimalizáciu štruktúry a proces a maximálne zosilnenie sa zvýšilo na M=1212.
2. Veľmi nízky šum: vykazuje veľmi nízky nadmerný šum (F < 3, zosilnenie M = 70; F < 4, zosilnenie M = 100).
3. Vysoká kvantová účinnosť: pri maximálnom zosilnení je kvantová účinnosť až 5935,3 %. Silná teplotná stabilita: citlivosť na prieraz pri nízkej teplote je približne 11,83 mV/K.
Obr. 1 Nadmerný šum APDfotodetektorové zariadeniav porovnaní s inými APD fotodetektormi
Široké možnosti uplatnenia
Tento nový APD má dôležité dôsledky pre systémy liDAR a aplikácie fotónov:
1. Zlepšený pomer signálu k šumu: Vysoký zisk a nízky šum výrazne zlepšujú pomer signálu k šumu, čo je kľúčové pre aplikácie v prostrediach s nedostatkom fotónov, ako je monitorovanie skleníkových plynov.
2. Silná kompatibilita: Nový fotodetektor APD (lavínový fotodetektor) je navrhnutý tak, aby bol kompatibilný so súčasnými optoelektronickými platformami na báze fosfidu india (InP), čím sa zabezpečí bezproblémová integrácia s existujúcimi komerčnými komunikačnými systémami.
3. Vysoká prevádzková účinnosť: Môže efektívne pracovať pri izbovej teplote bez zložitých chladiacich mechanizmov, čo zjednodušuje nasadenie v rôznych praktických aplikáciách.
Vývoj tohto nového 1550 nm SACM APD fotodetektora (lavínového fotodetektora) predstavuje významný prielom v tejto oblasti. Rieši kľúčové obmedzenia spojené s nadmerným šumom a produktmi so ziskom šírky pásma v tradičných konštrukciách APD fotodetektorov (lavínových fotodetektorov). Očakáva sa, že táto inovácia posilní možnosti liDAR systémov, najmä v bezpilotných liDAR systémoch, ako aj komunikáciu vo voľnom priestore.
Čas uverejnenia: 13. januára 2025