Последние достижения ввысокочувствительные лавинные фотодетекторы
Высокая чувствительность при комнатной температуре 1550 нмлавинный фотодиодный детектор
В ближнем инфракрасном (SWIR) диапазоне высокочувствительные быстродействующие лавинные диоды широко используются в оптоэлектронной связи и лидарах. Однако современные лавинные фотодиоды (ЛФД) ближнего инфракрасного диапазона, в которых доминируют индий-галлий-арсенидные лавинные диоды (ЛФД) (InGaAs APD), всегда были ограничены шумом случайной столкновительной ионизации традиционных материалов области умножителя – фосфида индия (InP) и индий-алюминиевого мышьяка (InAlAs), что приводило к значительному снижению чувствительности прибора. На протяжении многих лет многие исследователи активно ищут новые полупроводниковые материалы, совместимые с технологиями оптоэлектронных платформ InGaAs и InP и обладающие сверхнизким уровнем ударного ионизационного шума, аналогичным показателям объемных кремниевых материалов.
Инновационный лавинный фотодиодный детектор 1550 нм способствует развитию систем LiDAR
Группа исследователей из Великобритании и США впервые успешно разработала новый сверхчувствительный фотодетектор APD с длиной волны 1550 нм (лавинный фотодетектор), прорыв, который обещает значительно улучшить производительность систем LiDAR и других оптоэлектронных приложений.
Новые материалы предлагают ключевые преимущества
Отличительной чертой данного исследования является инновационное использование материалов. Исследователи выбрали GaAsSb в качестве поглощающего слоя и AlGaAsSb в качестве умножающего слоя. Такая конструкция отличается от традиционной конструкции InGaAs/InP и обеспечивает значительные преимущества:
1. Поглощающий слой GaAsSb: коэффициент поглощения GaAsSb аналогичен коэффициенту поглощения InGaAs, а переход от поглощающего слоя GaAsSb к AlGaAsSb (умножительному слою) проще, что снижает эффект ловушки и повышает скорость и эффективность поглощения устройства.
2. Умножительный слой AlGaAsSb: Умножительный слой AlGaAsSb превосходит традиционные умножительные слои InP и InAlAs по производительности. Это выражается в высоком коэффициенте усиления при комнатной температуре, широкой полосе пропускания и сверхнизком уровне избыточного шума.
С отличными показателями производительности
НовыйФотодетектор APD(лавинный фотодиодный детектор) также обеспечивает значительные улучшения показателей производительности:
1. Сверхвысокий коэффициент усиления: сверхвысокий коэффициент усиления 278 был достигнут при комнатной температуре, и недавно доктор Цзинь Сяо улучшил оптимизацию структуры и процесс, а максимальный коэффициент усиления был увеличен до M=1212.
2. Очень низкий уровень шума: демонстрирует очень низкий уровень избыточного шума (F < 3, усиление M = 70; F < 4, усиление M = 100).
3. Высокая квантовая эффективность: при максимальном усилении квантовая эффективность достигает 5935,3%. Высокая температурная стабильность: чувствительность к пробою при низкой температуре составляет около 11,83 мВ/К.
Рис. 1 Избыточный шум APDфотоприемные устройствапо сравнению с другими фотодетекторами APD
Широкие перспективы применения
Этот новый APD имеет важные последствия для систем лидаров и фотонных приложений:
1. Улучшенное отношение сигнал/шум: высокий коэффициент усиления и низкий уровень шума значительно улучшают отношение сигнал/шум, что имеет решающее значение для приложений в средах с малым количеством фотонов, например, для мониторинга парниковых газов.
2. Высокая совместимость: новый фотодетектор APD (лавинный фотодетектор) разработан с учетом совместимости с текущими оптоэлектронными платформами на основе фосфида индия (InP), что обеспечивает полную интеграцию с существующими коммерческими системами связи.
3. Высокая эксплуатационная эффективность: устройство может эффективно работать при комнатной температуре без сложных механизмов охлаждения, что упрощает его применение в различных практических приложениях.
Разработка нового лавинного фотодетектора (ЛФД) с длиной волны 1550 нм (SACM) представляет собой значительный прорыв в этой области. Он устраняет ключевые ограничения, связанные с избыточным уровнем шума и усилением в традиционных конструкциях ЛФД (лавинных фотодетекторов). Ожидается, что это нововведение расширит возможности лидарных систем, особенно беспилотных, а также систем связи в свободном пространстве.
Время публикации: 13 января 2025 г.