Progrese recente în fotodetectoare cu avalanșă de înaltă sensibilitate

Progrese recente înFotodetectoare cu avalanșă cu sensibilitate ridicată

Temperatura camerei Sensibilitate ridicată 1550 nmDetector de fotodiodă avalanșă

În banda aproape infraroșu (SWIR), diodele de avalanșă de mare sensibilitate de înaltă viteză sunt utilizate pe scară largă în aplicațiile de comunicare optoelectronică și LIDAR. Cu toate acestea, actualul fotodiodă de avalanșă cu infraroșu aproape (APD) dominat de dioda de defalcare a avalanșelor arsenic de galiu (ingaas APD) a fost întotdeauna limitată de zgomotul de ionizare a coliziunii aleatorii ale materialelor tradiționale din regiunea multiplicatoare, fosfura de Indium (INP) și ARSENIC de aluminiu Indium ( Inalas), rezultând o reducere semnificativă a sensibilității dispozitivului. De-a lungul anilor, mulți cercetători caută în mod activ materiale semiconductoare noi, care sunt compatibile cu procesele de platformă optoelectronică INGAAS și INP și au performanțe de zgomot ultra-scăzute de impact similar cu materialele de siliciu în vrac.

Detectorul inovator de fotodiode de 1550 NM Avalanche ajută la dezvoltarea sistemelor LIDAR

O echipă de cercetători din Regatul Unit și Statele Unite au dezvoltat pentru prima dată cu succes un nou fotodetector APD de 1550 nm APD de 1550 nm (Fotodetector de avalanșă), o descoperire care promite să îmbunătățească considerabil performanța sistemelor LIDAR și a altor aplicații optoelectronice.

Materialele noi oferă avantaje cheie

Punctul culminant al acestei cercetări este utilizarea inovatoare a materialelor. Cercetătorii au ales GAASSB ca strat de absorbție și algaASSB ca strat multiplicator. Acest design diferă de Ingaas/INP tradițional și aduce avantaje semnificative:

1. GAASSB Strat de absorbție: GAASSB are un coeficient de absorbție similar cu InGAAS, iar trecerea de la stratul de absorbție GAASSB la algaASSB (strat de multiplicator) este mai ușoară, reducând efectul capcanei și îmbunătățind eficiența vitezei și de absorbție a dispozitivului.

2.AlgaASSB Strat multiplicator: stratul de multiplicator algaASSB este superior stratului tradițional INP și INALAS multiplicator în performanță. Se reflectă în principal în câștigul ridicat la temperatura camerei, lățimea de bandă ridicată și zgomotul excesiv ultra-scăzut.

Cu indicatori excelenți de performanță

NoulFotodetector APD(Detector de fotodiodă Avalanche) oferă, de asemenea, îmbunătățiri semnificative ale valorilor de performanță:

1. Câștig ultra-ridicat: câștigul ultra-ridicat de 278 a fost obținut la temperatura camerei, iar recent Dr. Jin Xiao a îmbunătățit optimizarea și procesul structurii, iar câștigul maxim a fost crescut la M = 1212.

2. Zgomot foarte scăzut: prezintă un exces foarte mic (f <3, câștig m = 70; f <4, câștig m = 100).

3. Eficiență cuantică ridicată: sub câștigul maxim, eficiența cuantică este de până la 5935,3%. Stabilitatea temperaturii puternice: Sensibilitatea la defalcare la temperatură scăzută este de aproximativ 11,83 mV/k.

Fig 1 Excesul de zgomot de APDDispozitive fotodetectorîn comparație cu alte fotodetector APD

Perspective largi de aplicare

Acest nou APD are implicații importante pentru sistemele LIDAR și aplicațiile fotonice:

1.. Raportul semnal-zgomot îmbunătățit: Caracteristicile cu câștig ridicat și zgomot redus îmbunătățesc semnificativ raportul semnal-zgomot, care este esențial pentru aplicațiile din mediile sărace cu foton, cum ar fi monitorizarea gazelor cu efect de seră.

2. Compatibilitate puternică: noul fotodetector APD (Avalanche Photodetector) este proiectat să fie compatibil cu platformele de optoelectronică cu fosfură de indiu actuală (INP), asigurând o integrare perfectă cu sistemele de comunicare comerciale existente.

3. Eficiență operațională ridicată: poate funcționa eficient la temperatura camerei, fără mecanisme complexe de răcire, simplificând implementarea în diferite aplicații practice.

Dezvoltarea acestui nou fotodetector APD SACM de 1550 nm (Avalanche Photodetector) reprezintă o descoperire majoră în domeniu, abordează limitările cheie asociate cu excesul de zgomot și produse de lățime de bandă în proiectele tradiționale de fotodetector APD (Avalanche Fotodetector). Se preconizează că această inovație va stimula capacitățile sistemelor LIDAR, în special în sistemele Lidar fără pilot, precum și în comunicațiile în spațiu liber.