Последние достижения ввысокочувствительные лавинные фотодетекторы
Высокая чувствительность при комнатной температуре 1550 нмлавинный фотодиодный детектор
В ближнем инфракрасном (SWIR) диапазоне высокочувствительные и высокоскоростные лавинные диоды широко используются в оптоэлектронной связи и приложениях лидара. Однако существующие ближнеинфракрасные лавинные фотодиоды (APD), в которых доминируют лавинные диоды на основе индий-галлий-арсенидного сплава (InGaAs APD), всегда были ограничены шумом случайной ионизации при столкновениях, характерным для традиционных материалов умножительной области, таких как фосфид индия (InP) и индий-алюминий-арсенидный сплав (InAlAs), что приводило к значительному снижению чувствительности устройства. На протяжении многих лет многие исследователи активно ищут новые полупроводниковые материалы, совместимые с технологическими процессами оптоэлектронных платформ на основе InGaAs и InP, и обладающие сверхнизким уровнем шума ударной ионизации, аналогичным характеристикам объемных кремниевых материалов.
Инновационный лавинный фотодиодный детектор с длиной волны 1550 нм способствует развитию систем LiDAR.
Группа исследователей из Великобритании и США впервые успешно разработала новый фотодетектор на основе лавинного фотодиода (APD) со сверхвысокой чувствительностью на длине волны 1550 нм.лавинный фотодетектор), прорыв, который обещает значительно улучшить характеристики систем LiDAR и других оптоэлектронных приложений.
Новые материалы обладают ключевыми преимуществами.
Главным достоинством этого исследования является инновационное использование материалов. В качестве поглощающего слоя исследователи выбрали GaAsSb, а в качестве умножающего слоя — AlGaAsSb. Такая конструкция отличается от традиционной InGaAs/InP и обеспечивает значительные преимущества:
1. Поглощающий слой GaAsSb: GaAsSb имеет коэффициент поглощения, аналогичный InGaAs, и переход от поглощающего слоя GaAsSb к AlGaAsSb (умножительному слою) происходит легче, что уменьшает эффект ловушек и повышает скорость и эффективность поглощения устройства.
2. Слой умножителя AlGaAsSb: Слой умножителя AlGaAsSb превосходит традиционные слои умножителя InP и InAlAs по характеристикам. Это проявляется главным образом в высоком коэффициенте усиления при комнатной температуре, широкой полосе пропускания и сверхнизком уровне избыточного шума.
Обладая превосходными показателями производительности.
НовыйФотодетектор APD(Детектор на основе лавинного фотодиода) также обеспечивает значительное улучшение показателей производительности:
1. Сверхвысокое усиление: Сверхвысокое усиление в 278 было достигнуто при комнатной температуре, а недавно доктор Цзинь Сяо улучшил оптимизацию структуры и технологического процесса, увеличив максимальное усиление до M=1212.
2. Очень низкий уровень шума: демонстрирует очень низкий уровень избыточного шума (F < 3, коэффициент усиления M = 70; F < 4, коэффициент усиления M = 100).
3. Высокая квантовая эффективность: при максимальном усилении квантовая эффективность достигает 5935,3%. Высокая температурная стабильность: чувствительность к пробою при низких температурах составляет около 11,83 мВ/К.
Рис. 1. Избыточный шум АПД.фотодетекторные устройствапо сравнению с другими фотодетекторами APD
Широкие перспективы применения
Этот новый лавинный фотодиод имеет важное значение для лидарных систем и фотонных приложений:
1. Улучшенное отношение сигнал/шум: Высокое усиление и низкий уровень шума значительно улучшают отношение сигнал/шум, что имеет решающее значение для применений в условиях недостатка фотонов, например, для мониторинга парниковых газов.
2. Высокая совместимость: Новый лавинный фотодетектор (APD) разработан для совместимости с существующими оптоэлектронными платформами на основе фосфида индия (InP), что обеспечивает бесшовную интеграцию с существующими коммерческими системами связи.
3. Высокая эксплуатационная эффективность: устройство может эффективно работать при комнатной температуре без сложных систем охлаждения, что упрощает его применение в различных практических областях.
Разработка нового фотодетектора SACM APD (лавинного фотодетектора) с длиной волны 1550 нм представляет собой крупный прорыв в этой области. Он устраняет ключевые ограничения, связанные с избыточным шумом и произведением коэффициента усиления на полосу пропускания в традиционных конструкциях фотодетекторов APD (лавинных фотодетекторов). Ожидается, что это нововведение расширит возможности лидарных систем, особенно беспилотных лидарных систем, а также систем связи в свободном пространстве.
Дата публикации: 13 января 2025 г.