Последни постижения ввисокочувствителни лавинни фотодетектори
Висока чувствителност при стайна температура 1550 nmлавинен фотодиоден детектор
В близката инфрачервена (SWIR) лента, високочувствителните високоскоростни лавинни диоди се използват широко в оптоелектронната комуникация и liDAR приложенията. Въпреки това, настоящите лавинни фотодиоди (APD) в близката инфрачервена лента, доминирани от лавинно-пробивен диод с индий-галий-арсен (InGaAs APD), винаги са били ограничени от шума от случайна йонизационна сблъсък на традиционните материали за умножителна област, индиев фосфид (InP) и индий-алуминий-арсен (InAlAs), което е довело до значително намаляване на чувствителността на устройството. През годините много изследователи активно търсят нови полупроводникови материали, които са съвместими с оптоелектронните платформени процеси InGaAs и InP и имат ултраниски показатели за йонизационен шум, подобни на тези на силициевите материали в насипно състояние.
Иновативният лавинен фотодиоден детектор с дължина на вълната 1550 nm помага за разработването на LiDAR системи
Екип от изследователи в Обединеното кралство и Съединените щати за първи път успешно разработи нов ултрависокочувствителен APD фотодетектор с дължина на вълната 1550 nm (лавинов фотодетектор), пробив, който обещава значително да подобри производителността на LiDAR системите и други оптоелектронни приложения.
Новите материали предлагат ключови предимства
Акцентът на това изследване е иновативното използване на материали. Изследователите са избрали GaAsSb като абсорбиращ слой и AlGaAsSb като умножителен слой. Този дизайн се различава от традиционния InGaAs/InP и носи значителни предимства:
1. Абсорбционен слой GaAsSb: GaAsSb има подобен коефициент на абсорбция като InGaAs, а преходът от абсорбционен слой GaAsSb към AlGaAsSb (умножителен слой) е по-лесен, което намалява ефекта на капан и подобрява скоростта и абсорбционната ефективност на устройството.
2. Умножителен слой AlGaAsSb: Умножителният слой AlGaAsSb превъзхожда традиционните InP и InAlAs умножителни слоеве по отношение на производителността. Това се изразява главно във високо усилване при стайна температура, висока честотна лента и ултра нисък излишен шум.
С отлични показатели за ефективност
НовиятAPD фотодетектор(лавинен фотодиоден детектор) също предлага значителни подобрения в показателите за производителност:
1. Ултрависоко усилване: Ултрависокото усилване от 278 е постигнато при стайна температура, а наскоро д-р Джин Сяо подобри оптимизацията на структурата и процеса, като максималното усилване беше увеличено до M=1212.
2. Много нисък шум: показва много нисък излишен шум (F < 3, усилване M = 70; F < 4, усилване M = 100).
3. Висока квантова ефективност: при максимално усилване, квантовата ефективност достига 5935,3%. Силна температурна стабилност: чувствителността на пробив при ниска температура е около 11,83 mV/K.
Фиг. 1 Излишен шум от APDфотодетекторни устройствав сравнение с други APD фотодетектори
Широки перспективи за приложение
Този нов APD има важни последици за liDAR системите и фотонните приложения:
1. Подобрено съотношение сигнал/шум: Характеристиките с високо усилване и нисък шум значително подобряват съотношението сигнал/шум, което е критично за приложения в среди с ниско съдържание на фотони, като например мониторинг на парникови газове.
2. Силна съвместимост: Новият APD фотодетектор (лавинен фотодетектор) е проектиран да бъде съвместим със съвременните оптоелектронни платформи на базата на индиев фосфид (InP), осигурявайки безпроблемна интеграция със съществуващите търговски комуникационни системи.
3. Висока оперативна ефективност: Може да работи ефективно при стайна температура без сложни механизми за охлаждане, което опростява внедряването в различни практически приложения.
Разработването на този нов 1550 nm SACM APD фотодетектор (лавинен фотодетектор) представлява голям пробив в областта. Той адресира ключови ограничения, свързани с излишния шум и продуктите с усилваща честотна лента в традиционните конструкции на APD фотодетектори (лавинни фотодетектори). Очаква се тази иновация да подобри възможностите на liDAR системите, особено в безпилотните liDAR системи, както и комуникациите в свободното пространство.
Време на публикуване: 13 януари 2025 г.