Nedávný pokrok ve vysoce citlivých lavinových fotodetektorech

Nedávný pokrok vvysoce citlivé lavinové fotodetektory

Vysoká citlivost při pokojové teplotě 1550 nmlavinový fotodiodový detektor

V pásmu blízké infračervené oblasti (SWIR) se v optoelektronické komunikaci a aplikacích liDAR široce používají vysoce citlivé vysokorychlostní lavinové diody. Současná lavinová fotodioda (APD) pro blízkou infračervenou oblast, v níž dominuje lavinová průrazná dioda indium-gallium-arsen (InGaAs APD), však byla vždy omezena náhodným kolizním ionizačním šumem tradičních materiálů pro multiplikační oblasti, fosfidu india (InP) a india-hlinito-arsenu (InAlAs), což vedlo k významnému snížení citlivosti zařízení. V průběhu let mnoho výzkumníků aktivně hledá nové polovodičové materiály, které jsou kompatibilní s optoelektronickými platformovými procesy InGaAs a InP a mají ultranízký dopadový ionizační šum podobný objemovým křemíkovým materiálům.

Inovativní lavinový fotodiodový detektor s vlnovou délkou 1550 nm pomáhá s vývojem systémů LiDAR

Tým výzkumníků ve Spojeném království a Spojených státech poprvé úspěšně vyvinul nový ultra citlivý APD fotodetektor s vlnovou délkou 1550 nm.lavinový fotodetektor), což je průlom, který slibuje výrazné zlepšení výkonu systémů LiDAR a dalších optoelektronických aplikací.

Nové materiály nabízejí klíčové výhody

Vrcholem tohoto výzkumu je inovativní použití materiálů. Výzkumníci zvolili GaAsSb jako absorpční vrstvu a AlGaAsSb jako multiplikační vrstvu. Tato konstrukce se liší od tradičních InGaAs/InP a přináší významné výhody:

1. Absorpční vrstva GaAsSb: GaAsSb má podobný absorpční koeficient jako InGaAs a přechod z absorpční vrstvy GaAsSb na AlGaAsSb (multiplikační vrstva) je snazší, což snižuje efekt zachycení a zlepšuje rychlost a absorpční účinnost zařízení.

2. Násobicí vrstva AlGaAsSb: Násobicí vrstva AlGaAsSb je výkonově lepší než tradiční násobicí vrstvy InP a InAlAs. To se projevuje především vysokým ziskem při pokojové teplotě, vysokou šířkou pásma a ultranízkým nadbytečným šumem.

S vynikajícími ukazateli výkonnosti

NovýAPD fotodetektor(lavinový fotodiodový detektor) také nabízí významná vylepšení výkonnostních parametrů:

1. Ultravysoký zisk: Ultravysokého zisku 278 bylo dosaženo při pokojové teplotě a nedávno Dr. Jin Xiao vylepšil optimalizaci struktury a proces a maximální zisk byl zvýšen na M=1212.

2. Velmi nízký šum: vykazuje velmi nízký nadbytečný šum (F < 3, zesílení M = 70; F < 4, zesílení M = 100).

3. Vysoká kvantová účinnost: při maximálním zesílení je kvantová účinnost až 5935,3 %. Silná teplotní stabilita: průrazná citlivost při nízké teplotě je přibližně 11,83 mV/K.

Obr. 1 Nadměrný šum APDfotodetektorová zařízeníve srovnání s jinými APD fotodetektory

Široké možnosti uplatnění

Tento nový APD má důležité důsledky pro systémy liDAR a fotonové aplikace:

1. Zlepšený poměr signálu k šumu: Vysoký zisk a nízký šum výrazně zlepšují poměr signálu k šumu, což je zásadní pro aplikace v prostředí s nedostatkem fotonů, jako je monitorování skleníkových plynů.

2. Silná kompatibilita: Nový fotodetektor APD (lavinový fotodetektor) je navržen tak, aby byl kompatibilní se současnými optoelektronickými platformami na bázi fosfidu india (InP), a zajistil tak bezproblémovou integraci se stávajícími komerčními komunikačními systémy.

3. Vysoká provozní účinnost: Může efektivně pracovat při pokojové teplotě bez složitých chladicích mechanismů, což zjednodušuje nasazení v různých praktických aplikacích.

Vývoj tohoto nového 1550 nm SACM APD fotodetektoru (lavinového fotodetektoru) představuje zásadní průlom v oboru. Řeší klíčová omezení spojená s nadměrným šumem a produkty se ziskem šířky pásma v tradičních konstrukcích APD fotodetektorů (lavinových fotodetektorů). Očekává se, že tato inovace posílí možnosti liDAR systémů, zejména v bezpilotních liDAR systémech, a také komunikaci ve volném prostoru.