Progrese recente în fotodetectoarele de avalanșă de înaltă sensibilitate

Progrese recente înfotodetectoare de avalanșă de înaltă sensibilitate

Sensibilitate ridicată la temperatura camerei 1550 nmdetector de fotodiode cu avalanșă

În banda infraroșu apropiat (SWIR), diodele de avalanșă de mare viteză și sensibilitate ridicată sunt utilizate pe scară largă în comunicațiile optoelectronice și în aplicațiile liDAR. Cu toate acestea, fotodioda de avalanșă (APD) actuală în infraroșu apropiat, dominată de dioda de descompunere a avalanșei de indiu, galiu și arsenic (InGaAs APD), a fost întotdeauna limitată de zgomotul de ionizare prin coliziune aleatorie al materialelor tradiționale din regiunea multiplicatoare, fosfura de indiu (InP) și arsenicul de indiu și aluminiu (InAlAs), ceea ce a dus la o reducere semnificativă a sensibilității dispozitivului. De-a lungul anilor, mulți cercetători caută activ noi materiale semiconductoare care să fie compatibile cu procesele platformelor optoelectronice InGaAs și InP și să aibă performanțe de zgomot de ionizare la impact ultra-scăzut, similare cu materialele de siliciu în vrac.

Detectorul inovator cu fotodiodă pentru avalanșe de 1550 nm ajută la dezvoltarea sistemelor LiDAR

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

Noile materiale 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 cel tradițional InGaAs/InP și aduce avantaje semnificative:

1. Stratul de absorbție GaAsSb: GaAsSb are un coeficient de absorbție similar cu InGaAs, iar tranziția de la stratul de absorbție GaAsSb la AlGaAsSb (stratul multiplicator) este mai ușoară, reducând efectul de captare și îmbunătățind viteza și eficiența de absorbție a dispozitivului.

2. Stratul multiplicator AlGaAsSb: Stratul multiplicator AlGaAsSb este superior straturilor multiplicatoare tradiționale InP și InAlAs în ceea ce privește performanța. Acest lucru se reflectă în principal într-un câștig ridicat la temperatura camerei, lățime de bandă mare și zgomot excesiv ultra-redus.

Cu indicatori de performanță excelenți

NoulFotodetector APD(detectorul cu fotodiodă pentru avalanșe) oferă, de asemenea, îmbunătățiri semnificative în ceea ce privește indicatorii de performanță:

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

2. Zgomot foarte redus: prezintă un exces de zgomot foarte redus (F < 3, amplificare M = 70; F<4, amplificare M=100).

3. Eficiență cuantică ridicată: la câștigul maxim, eficiența cuantică este de până la 5935,3%. Stabilitate ridicată la temperatură: sensibilitatea la descompunere la temperatură scăzută este de aproximativ 11,83 mV/K.

Fig. 1 Zgomot excesiv al APDdispozitive fotodetectoarecomparativ cu alte fotodetectoare APD

Perspective largi de aplicare

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

1. Raport semnal-zgomot îmbunătățit: Caracteristicile de câștig ridicat și zgomot redus îmbunătățesc semnificativ raportul semnal-zgomot, ceea ce este esențial pentru aplicațiile în medii sărace în fotoni, cum ar fi monitorizarea gazelor cu efect de seră.

2. Compatibilitate puternică: Noul fotodetector APD (fotodetector de avalanșă) este conceput pentru a fi compatibil cu platformele optoelectronice actuale cu fosfură de indiu (InP), asigurând o integrare perfectă cu sistemele de comunicații comerciale existente.

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

Dezvoltarea acestui nou fotodetector SACM APD de 1550 nm (fotodetector de avalanșă) reprezintă o descoperire majoră în domeniu. Abordează limitările cheie asociate cu excesul de zgomot și produsele cu lățime de bandă de câștig în designul tradițional al fotodetectoarelor APD (fotodetectoare de avalanșă). Se așteaptă ca această inovație să sporească capacitățile sistemelor liDAR, în special în sistemele liDAR fără pilot, precum și în comunicațiile în spațiu liber.