Последние достижения ввысокочувствительные лавинные фотодетекторы
Высокая чувствительность при комнатной температуре 1550 нмлавинный фотодиодный детектор
В диапазоне ближнего инфракрасного диапазона (SWIR) высокочувствительные высокоскоростные лавинные диоды широко используются в оптоэлектронной связи и лидарах. Однако современный лавинный фотодиод ближнего инфракрасного диапазона (APD), в котором доминирует индий-галлиевый арсениевый лавинный пробойный диод (InGaAs APD), всегда был ограничен шумом случайной ионизации столкновений традиционных материалов области умножителя, фосфида индия (InP) и индий-алюминиевого мышьяка (InAlAs), что приводило к значительному снижению чувствительности устройства. На протяжении многих лет многие исследователи активно ищут новые полупроводниковые материалы, совместимые с процессами оптоэлектронных платформ InGaAs и InP и имеющие сверхнизкие показатели ударного ионизационного шума, аналогичные показателям объемных кремниевых материалов.
Инновационный лавинный фотодиодный детектор 1550 нм помогает в разработке систем LiDAR
Группа исследователей из Великобритании и США впервые успешно разработала новый сверхчувствительный фотодетектор APD 1550 нм (лавинный фотодетектор), прорыв, который обещает значительно улучшить производительность систем LiDAR и других оптоэлектронных приложений.
Новые материалы предлагают ключевые преимущества
Изюминкой этого исследования является инновационное использование материалов. Исследователи выбрали GaAsSb в качестве поглощающего слоя и AlGaAsSb в качестве множительного слоя. Эта конструкция отличается от традиционной InGaAs/InP и имеет значительные преимущества:
1. Поглощающий слой GaAsSb: GaAsSb имеет аналогичный коэффициент поглощения с 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 в основном отражается в высоком коэффициенте усиления при комнатной температуре, высокой пропускной способности и сверхнизком избыточном шуме.
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, а недавно доктор Цзинь Сяо улучшил оптимизацию структуры и процесс, и максимальный коэффициент усиления был увеличен до M=1212.
2. Очень низкий уровень шума: показывает 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 бесшовную интеграцию с существующими коммерческими системами связи.
3. Высокая эксплуатационная эффективность: устройство может эффективно работать при комнатной температуре без сложных механизмов охлаждения, что упрощает его использование в различных практических приложениях.
Разработка этого нового 1550 нм фотодетектора SACM APD (лавинный фотодетектор) представляет собой крупный прорыв в этой области, устраняет ключевые ограничения, связанные с избыточным шумом и усилением полос пропускания продуктов в традиционных конструкциях фотодетекторов APD (лавинный фотодетектор). Ожидается, что это нововведение расширит возможности систем лидар, особенно беспилотных систем лидар, а также связи в свободном пространстве.
Время публикации: 13 января 2025 г.