Ostatnie postępy wfotodetektory lawinowe o wysokiej czułości
Wysoka czułość w temperaturze pokojowej 1550 nmdetektor fotodiody lawinowej
W paśmie bliskiej podczerwieni (SWIR) diody lawinowe o wysokiej czułości i dużej prędkości są szeroko stosowane w komunikacji optoelektronicznej i aplikacjach lidarowych. Jednak obecna fotodioda lawinowa bliskiej podczerwieni (APD) zdominowana przez diodę lawinową Ind-Gal-Arsen (InGaAs APD) zawsze była ograniczona przez losowy szum jonizacji kolizyjnej tradycyjnych materiałów z obszaru mnożnika, fosforku indu (InP) i indu-as-arsenu, co skutkowało znacznym zmniejszeniem czułości urządzenia. Przez lata wielu badaczy aktywnie poszukiwało nowych materiałów półprzewodnikowych, które byłyby kompatybilne z procesami platform optoelektronicznych InGaAs i InP i miałyby wydajność szumu jonizacji o bardzo niskim wpływie, podobną do materiałów krzemowych.
Innowacyjny detektor fotodiody lawinowej 1550 nm wspomaga rozwój systemów LiDAR
Zespół naukowców z Wielkiej Brytanii i Stanów Zjednoczonych po raz pierwszy z powodzeniem opracował nowy fotodetektor APD o bardzo wysokiej czułości i długości fali 1550 nm (fotodetektor lawinowy), przełom, który obiecuje znaczną poprawę działania systemów LiDAR i innych zastosowań optoelektronicznych.
Nowe materiały oferują kluczowe zalety
Najważniejszym elementem tych badań jest innowacyjne wykorzystanie materiałów. Naukowcy wybrali GaAsSb jako warstwę absorpcyjną i AlGaAsSb jako warstwę mnożnika. Ta konstrukcja różni się od tradycyjnego InGaAs/InP i przynosi znaczące korzyści:
1. Warstwa absorpcyjna GaAsSb: GaAsSb ma podobny współczynnik absorpcji do InGaAs, a przejście z warstwy absorpcyjnej GaAsSb do AlGaAsSb (warstwa mnożnika) jest łatwiejsze, co zmniejsza efekt pułapki i zwiększa prędkość oraz wydajność absorpcji urządzenia.
2. Warstwa mnożnika AlGaAsSb: Warstwa mnożnika AlGaAsSb jest lepsza od tradycyjnej warstwy mnożnika InP i InAlAs pod względem wydajności. Odzwierciedla się to głównie w wysokim wzmocnieniu w temperaturze pokojowej, dużej szerokości pasma i ultraniskim nadmiarowym szumie.
Z doskonałymi wskaźnikami wydajności
NowyFotodetektor APD(detektor fotodiody lawinowej) zapewnia również znaczącą poprawę parametrów wydajności:
1. Bardzo wysokie wzmocnienie: Bardzo wysokie wzmocnienie wynoszące 278 osiągnięto w temperaturze pokojowej, a ostatnio dr Jin Xiao udoskonalił optymalizację struktury i proces, a maksymalne wzmocnienie zwiększyło się do M=1212.
2. Bardzo niski poziom szumu: wykazuje bardzo niski poziom nadmiarowego szumu (F < 3, wzmocnienie M = 70; F < 4, wzmocnienie M = 100).
3. Wysoka wydajność kwantowa: przy maksymalnym wzmocnieniu wydajność kwantowa wynosi aż 5935,3%. Duża stabilność temperaturowa: czułość przebicia w niskiej temperaturze wynosi około 11,83 mV/K.
Rys. 1 Nadmiar szumu APDurządzenia fotodetekcyjnew porównaniu z innymi fotodetektorami APD
Szerokie perspektywy zastosowania
Nowa technologia APD ma istotne implikacje dla systemów lidarowych i zastosowań fotonowych:
1. Poprawiony stosunek sygnału do szumu: Wysokie wzmocnienie i niski poziom szumów znacznie poprawiają stosunek sygnału do szumu, co jest kluczowe w przypadku zastosowań w środowiskach ubogich w fotony, takich jak monitorowanie gazów cieplarnianych.
2. Wysoka kompatybilność: Nowy fotodetektor APD (fotodetektor lawinowy) został zaprojektowany tak, aby był kompatybilny z obecnymi platformami optoelektronicznymi wykorzystującymi fosforek indu (InP), co zapewnia bezproblemową integrację z istniejącymi komercyjnymi systemami komunikacyjnymi.
3. Wysoka wydajność operacyjna: Urządzenie może pracować wydajnie w temperaturze pokojowej bez konieczności stosowania skomplikowanych mechanizmów chłodzenia, co ułatwia jego wdrażanie w różnych praktycznych zastosowaniach.
Opracowanie tego nowego fotodetektora SACM APD 1550 nm (fotodetektor lawinowy) stanowi przełom w tej dziedzinie. Rozwiązuje on kluczowe ograniczenia związane z nadmiernym szumem i produktami pasma wzmocnienia w tradycyjnych projektach fotodetektorów APD (fotodetektorów lawinowych). Oczekuje się, że ta innowacja zwiększy możliwości systemów lidarowych, zwłaszcza w bezzałogowych systemach lidarowych, a także w komunikacji w wolnej przestrzeni.
Czas publikacji: 13-01-2025