Nylige fremskridt inden forLavinefotodetektorer med høj følsomhed
Høj følsomhed ved stuetemperatur 1550 nmlavine fotodiode detektor
I det nær-infrarøde bånd (SWIR) anvendes højfølsomme højhastigheds-lavinedioder i vid udstrækning i optoelektronisk kommunikation og liDAR-applikationer. Den nuværende nær-infrarøde lavinefotodiode (APD), domineret af indium-gallium-arsenik-lavinebreakdown diode (InGaAs APD), har dog altid været begrænset af den tilfældige kollisionsioniseringsstøj fra traditionelle multiplikatorregionsmaterialer, indiumphosphid (InP) og indiumaluminiumarsenik (InAlAs), hvilket resulterer i en betydelig reduktion af enhedens følsomhed. Gennem årene har mange forskere aktivt ledt efter nye halvledermaterialer, der er kompatible med InGaAs- og InP-optoelektroniske platformprocesser og har en ydeevne med ultralav ioniseringsstøj svarende til bulk-siliciummaterialer.
Den innovative 1550 nm lavinefotodiodetektor hjælper med udviklingen af LiDAR-systemer
Et forskerhold i Storbritannien og USA har for første gang med succes udviklet en ny 1550 nm APD-fotodetektor med ultrahøj følsomhed (lavinefotodetektor), et gennembrud, der lover at forbedre ydeevnen af LiDAR-systemer og andre optoelektroniske applikationer betydeligt.
Nye materialer giver vigtige fordele
Højdepunktet i denne forskning er den innovative brug af materialer. Forskerne valgte GaAsSb som absorptionslag og AlGaAsSb som multiplikatorlag. Dette design adskiller sig fra traditionelt InGaAs/InP og medfører betydelige fordele:
1. GaAsSb-absorptionslag: GaAsSb har en lignende absorptionskoefficient som InGaAs, og overgangen fra GaAsSb-absorptionslag til AlGaAsSb (multiplikatorlag) er nemmere, hvilket reducerer fældeeffekten og forbedrer enhedens hastighed og absorptionseffektivitet.
2. AlGaAsSb-multiplikatorlag: AlGaAsSb-multiplikatorlaget er bedre end traditionelle InP- og InAlAs-multiplikatorlag i ydeevne. Det afspejles primært i høj forstærkning ved stuetemperatur, høj båndbredde og ultralav overskydende støj.
Med fremragende præstationsindikatorer
Den nyeAPD-fotodetektor(lavinefotodiodetektor) tilbyder også betydelige forbedringer i ydeevnemålinger:
1. Ultrahøj forstærkning: Den ultrahøje forstærkning på 278 blev opnået ved stuetemperatur, og for nylig forbedrede Dr. Jin Xiao strukturoptimeringen og processen, og den maksimale forstærkning blev øget til M=1212.
2. Meget lav støj: viser meget lav overskydende støj (F < 3, forstærkning M = 70; F < 4, forstærkning M = 100).
3. Høj kvanteeffektivitet: Under den maksimale forstærkning er kvanteeffektiviteten så høj som 5935,3%. Stærk temperaturstabilitet: gennembrudsfølsomheden ved lav temperatur er omkring 11,83 mV/K.
Figur 1 Overdreven støj fra APDfotodetektorenhedersammenlignet med andre APD-fotodetektorer
Brede anvendelsesmuligheder
Denne nye APD har vigtige implikationer for liDAR-systemer og fotonapplikationer:
1. Forbedret signal-støj-forhold: De høje forstærknings- og lave støjegenskaber forbedrer signal-støj-forholdet betydeligt, hvilket er afgørende for applikationer i fotonfattige miljøer, såsom overvågning af drivhusgasser.
2. Stærk kompatibilitet: Den nye APD-fotodetektor (lavinefotodetektor) er designet til at være kompatibel med nuværende indiumphosphid (InP) optoelektroniske platforme, hvilket sikrer problemfri integration med eksisterende kommercielle kommunikationssystemer.
3. Høj driftseffektivitet: Den kan fungere effektivt ved stuetemperatur uden komplekse kølemekanismer, hvilket forenkler implementeringen i forskellige praktiske anvendelser.
Udviklingen af denne nye 1550 nm SACM APD-fotodetektor (lavinefotodetektor) repræsenterer et stort gennembrud inden for området. Den adresserer centrale begrænsninger forbundet med overdreven støj og forstærkningsbåndbreddeprodukter i traditionelle APD-fotodetektordesigns (lavinefotodetektordesigns). Denne innovation forventes at øge liDAR-systemers muligheder, især i ubemandede liDAR-systemer, såvel som i frirumskommunikation.
Opslagstidspunkt: 13. januar 2025