Останні досягнення ввисокочутливі лавинні фотодетектори
Висока чутливість при кімнатній температурі 1550 нмлавинний фотодіодний детектор
У ближньому інфрачервоному (SWIR) діапазоні високочутливі швидкісні лавинні діоди широко використовуються в оптоелектронному зв'язку та лідарних пристроях. Однак сучасний ближній інфрачервоний лавинний фотодіод (ЛФД), в якому переважно використовується індій-галій-миш'яково-лавинний пробійний діод (InGaAs ЛФД), завжди був обмежений випадковим іонізаційним шумом зіткнень традиційних матеріалів помножувальних областей, фосфіду індію (InP) та індій-алюміній-миш'яковистий (InAlAs), що призводило до значного зниження чутливості пристрою. Протягом багатьох років багато дослідників активно шукають нові напівпровідникові матеріали, сумісні з процесами оптоелектронних платформ InGaAs та InP та мають наднизькі показники впливу іонізаційного шуму, подібні до об'ємних кремнієвих матеріалів.
Інноваційний лавинний фотодіодний детектор 1550 нм допомагає в розробці систем LiDAR
Команда дослідників у Великій Британії та Сполучених Штатах вперше успішно розробила новий надчутливий фотодетектор APD з довжиною хвилі 1550 нм (лавинний фотодетектор), прорив, який обіцяє значно покращити продуктивність систем LiDAR та інших оптоелектронних застосувань.
Нові матеріали пропонують ключові переваги
Родзинкою цього дослідження є інноваційне використання матеріалів. Дослідники обрали GaAsSb як поглинальний шар та AlGaAsSb як шар-множник. Ця конструкція відрізняється від традиційних InGaAs/InP та має значні переваги:
1. Поглинальний шар GaAsSb: GaAsSb має подібний коефіцієнт поглинання до InGaAs, і перехід від поглинального шару GaAsSb до AlGaAsSb (множинний шар) є легшим, що зменшує ефект пастки та підвищує швидкість і ефективність поглинання пристрою.
2. Помножувальний шар AlGaAsSb: Помножувальний шар AlGaAsSb перевершує традиційні помножувальні шари InP та InAlAs за продуктивністю. Це головним чином відображається у високому коефіцієнті посилення за кімнатної температури, широкій пропускній здатності та наднизькому надлишковому шумі.
З відмінними показниками ефективності
НовийФотодетектор APD(лавинний фотодіодний детектор) також пропонує значні покращення показників продуктивності:
1. Надзвичайно високий коефіцієнт посилення: Надзвичайно високий коефіцієнт посилення 278 був досягнутий за кімнатної температури, а нещодавно доктор Цзінь Сяо вдосконалив оптимізацію структури та процес, і максимальний коефіцієнт посилення був збільшений до M=1212.
2. Дуже низький рівень шуму: демонструє дуже низький надлишковий шум (F < 3, коефіцієнт підсилення M = 70; F < 4, коефіцієнт підсилення M = 100).
3. Висока квантова ефективність: при максимальному коефіцієнті посилення квантова ефективність сягає 5935,3%. Висока температурна стабільність: чутливість до пробою за низької температури становить близько 11,83 мВ/К.
Рис. 1. Надлишковий шум ЛФДфотодетекторні пристроїпорівняно з іншими фотодетекторами APD
Широкі перспективи застосування
Цей новий ламінований фотодіодіодний фотодіод має важливі наслідки для систем лідару та застосування фотонів:
1. Покращене співвідношення сигнал/шум: Високий коефіцієнт посилення та низький рівень шуму значно покращують співвідношення сигнал/шум, що є критично важливим для застосувань у середовищах з низьким рівнем фотонів, таких як моніторинг парникових газів.
2. Висока сумісність: Новий фотодетектор APD (лавинний фотодетектор) розроблений для сумісності з сучасними оптоелектронними платформами на основі фосфіду індію (InP), що забезпечує безперешкодну інтеграцію з існуючими системами комерційного зв'язку.
3. Висока експлуатаційна ефективність: він може ефективно працювати за кімнатної температури без складних механізмів охолодження, що спрощує розгортання в різних практичних застосуваннях.
Розробка цього нового фотодетектора SACM APD (лавинного фотодетектора) з довжиною хвилі 1550 нм є важливим проривом у цій галузі. Він усуває ключові обмеження, пов'язані з надмірним шумом та коефіцієнтом посилення смуги пропускання в традиційних конструкціях фотодетекторів APD (лавинного фотодетектора). Очікується, що це нововведення розширить можливості систем лідарного сканування (LIDAR), особливо безпілотних систем лідарного сканування, а також зв'язку у вільному космосі.
Час публікації: 13 січня 2025 р.