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 szybkości są szeroko stosowane w komunikacji optoelektronicznej i aplikacjach lidarowych. Jednak obecnie dostępne fotodiody lawinowe bliskiej podczerwieni (APD), zdominowane przez diody lawinowe Ind-Ga-Arsen (InGaAs APD), zawsze były ograniczone przez losowy szum jonizacji kolizyjnej tradycyjnych materiałów z obszarem mnożnika, takich jak fosforek indu (InP) i ind-aluminium-arsen (InAlAs), co skutkowało znacznym obniżeniem czułości urządzenia. Od lat wielu badaczy aktywnie poszukuje nowych materiałów półprzewodnikowych, które byłyby kompatybilne z procesami platform optoelektronicznych InGaAs i InP, a jednocześnie charakteryzowałyby się ultraniskim szumem jonizacji kolizyjnej, podobnym do materiałów krzemowych.
Innowacyjny detektor fotodiody lawinowej 1550 nm wspomaga rozwój systemów LiDAR
Zespół badaczy z Wielkiej Brytanii i Stanów Zjednoczonych po raz pierwszy z powodzeniem opracował nowy fotodetektor APD o bardzo wysokiej czułości 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 mnożącą. Ta konstrukcja różni się od tradycyjnych InGaAs/InP i oferuje znaczące korzyści:
1. Warstwa absorpcyjna GaAsSb: GaAsSb ma podobny współczynnik absorpcji jak 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 przewyższa pod względem wydajności tradycyjne warstwy mnożnika InP i InAlAs. Odzwierciedla się to przede wszystkim w wysokim wzmocnieniu w temperaturze pokojowej, szerokim paśmie i ultraniskim poziomie szumów nadmiarowych.
Z doskonałymi wskaźnikami wydajności
NowyFotodetektor APD(detektor fotodiody lawinowej) zapewnia również znaczną poprawę parametrów wydajności:
1. Ultrawysokie wzmocnienie: Ultrawysokie wzmocnienie wynoszące 278 osiągnięto w temperaturze pokojowej, a ostatnio dr Jin Xiao udoskonalił optymalizację struktury i proces, dzięki czemu maksymalne wzmocnienie zwiększono do M=1212.
2. Bardzo niski poziom szumu: wykazuje bardzo niski poziom szumu nadmiarowego (F < 3, wzmocnienie M = 70; F < 4, wzmocnienie M = 100).
3. Wysoka wydajność kwantowa: przy maksymalnym wzmocnieniu wydajność kwantowa sięga aż 5935,3%. Wysoka stabilność temperaturowa: czułość przebicia w niskiej temperaturze wynosi około 11,83 mV/K.
Rys. 1 Nadmiar szumu APDurządzenia fotodetektorowew porównaniu z innymi fotodetektorami APD
Szerokie perspektywy zastosowania
Ta nowa technologia APD ma istotne implikacje dla systemów lidarowych i zastosowań fotonów:
1. Poprawiony stosunek sygnału do szumu: Wysokie wzmocnienie i niski poziom szumów znacząco 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 (fotodetektora lawinowego) o długości fali 1550 nm stanowi przełom w tej dziedzinie. Rozwiązuje on kluczowe ograniczenia związane z nadmiernym szumem i wzrostem pasma wzmocnienia w tradycyjnych konstrukcjach fotodetektorów APD (fotodetektorów lawinowych). Oczekuje się, że ta innowacja zwiększy możliwości systemów lidarowych, zwłaszcza bezzałogowych, a także komunikacji w wolnej przestrzeni.
Czas publikacji: 13-01-2025