Nylige fremskritt innen høyfølsomme skredfotodetektorer

Nylige fremskritt innenhøyfølsomme skredfotodetektorer

Romtemperatur høy følsomhet 1550 nmskredfotodiodedetektor

I det nær-infrarøde båndet (SWIR) er høyfølsomme høyhastighets skreddioder mye brukt i optoelektronisk kommunikasjon og liDAR-applikasjoner. Imidlertid har den nåværende nær-infrarøde skredfotodioden (APD), dominert av indium-gallium-arsenikk-skredgjennombruddsdiode (InGaAs APD), alltid vært begrenset av den tilfeldige kollisjonsioniseringsstøyen fra tradisjonelle multiplikatorregionmaterialer, indiumfosfid (InP) og indiumaluminiumarsenikk (InAlAs), noe som resulterer i en betydelig reduksjon i enhetens følsomhet. Gjennom årene har mange forskere aktivt letet etter nye halvledermaterialer som er kompatible med InGaAs- og InP-optoelektroniske plattformprosesser og har ultra-lav støt-ioniseringsstøyytelse som ligner på bulksilisiummaterialer.

Den innovative 1550 nm skredfotodiodedetektoren bidrar til utviklingen av LiDAR-systemer

Et team av forskere i Storbritannia og USA har for første gang lykkes med å utvikle en ny APD-fotodetektor med ultrahøy følsomhet på 1550 nm (skredfotodetektor), et gjennombrudd som lover å forbedre ytelsen til LiDAR-systemer og andre optoelektroniske applikasjoner betraktelig.

Nye materialer gir viktige fordeler

Høydepunktet i denne forskningen er den innovative bruken av materialer. Forskerne valgte GaAsSb som absorpsjonslag og AlGaAsSb som multiplikatorlag. Denne designen skiller seg fra tradisjonell InGaAs/InP og gir betydelige fordeler:

1. GaAsSb-absorpsjonslag: GaAsSb har en lignende absorpsjonskoeffisient som InGaAs, og overgangen fra GaAsSb-absorpsjonslag til AlGaAsSb (multiplikatorlag) er enklere, noe som reduserer felleeffekten og forbedrer enhetens hastighet og absorpsjonseffektivitet.

2. AlGaAsSb-multiplikatorlag: AlGaAsSb-multiplikatorlaget er bedre enn tradisjonelle InP- og InAlAs-multiplikatorlag når det gjelder ytelse. Dette gjenspeiles hovedsakelig i høy forsterkning ved romtemperatur, høy båndbredde og ultralav overflødig støy.

Med utmerkede ytelsesindikatorer

Den nyeAPD-fotodetektor(skredfotodiodedetektor) tilbyr også betydelige forbedringer i ytelsesmålinger:

1. Ultrahøy forsterkning: Den ultrahøye forsterkningen på 278 ble oppnådd ved romtemperatur, og nylig forbedret Dr. Jin Xiao strukturoptimaliseringen og prosessen, og den maksimale forsterkningen ble økt til M=1212.

2. Svært lav støy: viser svært lav overflødig støy (F < 3, forsterkning M = 70; F < 4, forsterkning M = 100).

3. Høy kvanteeffektivitet: Under maksimal forsterkning er kvanteeffektiviteten så høy som 5935,3 %. Sterk temperaturstabilitet: gjennombruddsfølsomheten ved lav temperatur er omtrent 11,83 mV/K.

Figur 1 Overdreven støy fra APDfotodetektorenhetersammenlignet med andre APD-fotodetektorer

Brede bruksmuligheter

Denne nye APD-en har viktige implikasjoner for liDAR-systemer og fotonapplikasjoner:

1. Forbedret signal-til-støy-forhold: De høye forsterknings- og lave støyegenskapene forbedrer signal-til-støy-forholdet betydelig, noe som er kritisk for applikasjoner i fotonfattige miljøer, for eksempel overvåking av klimagasser.

2. Sterk kompatibilitet: Den nye APD-fotodetektoren (skredfotodetektor) er designet for å være kompatibel med nåværende optoelektroniske plattformer for indiumfosfid (InP), noe som sikrer sømløs integrering med eksisterende kommersielle kommunikasjonssystemer.

3. Høy driftseffektivitet: Den kan operere effektivt ved romtemperatur uten komplekse kjølemekanismer, noe som forenkler utplasseringen i ulike praktiske applikasjoner.

Utviklingen av denne nye 1550 nm SACM APD-fotodetektoren (skredfotodetektor) representerer et stort gjennombrudd innen feltet. Den adresserer viktige begrensninger knyttet til overdreven støy og forsterkningsbåndbreddeprodukter i tradisjonelle APD-fotodetektordesign (skredfotodetektor). Denne innovasjonen forventes å øke egenskapene til liDAR-systemer, spesielt i ubemannede liDAR-systemer, samt kommunikasjon i fritt rom.