Avenços recents enfotodetectors d'allaus d'alta sensibilitat
Alta sensibilitat a temperatura ambient 1550 nmdetector de fotodíodes d'allaus
A la banda de l'infraroig proper (SWIR), els díodes d'allaus d'alta sensibilitat i alta velocitat s'utilitzen àmpliament en comunicacions optoelectròniques i aplicacions liDAR. Tanmateix, l'actual fotodíode d'allaus d'infraroig proper (APD), dominat pel díode de ruptura d'allaus d'indi, gal·li i arsènic (InGaAs APD), sempre ha estat limitat pel soroll d'ionització de col·lisió aleatòria dels materials tradicionals de la regió multiplicadora, el fosfur d'indi (InP) i l'arsènic d'indi i alumini (InAlAs), la qual cosa ha provocat una reducció significativa de la sensibilitat del dispositiu. Al llarg dels anys, molts investigadors han buscat activament nous materials semiconductors que siguin compatibles amb els processos de plataforma optoelectrònica d'InGaAs i InP i que tinguin un rendiment de soroll d'ionització d'impacte ultrabaix similar als materials de silici a granel.
L'innovador detector de fotodíode d'allaus de 1550 nm ajuda al desenvolupament de sistemes LiDAR
Un equip d'investigadors del Regne Unit i els Estats Units ha desenvolupat amb èxit per primera vegada un nou fotodetector APD de 1550 nm d'ultraalta sensibilitat (fotodetector d'allaus), un avenç que promet millorar enormement el rendiment dels sistemes LiDAR i altres aplicacions optoelectròniques.
Els nous materials ofereixen avantatges clau
El punt culminant d'aquesta investigació és l'ús innovador dels materials. Els investigadors van triar GaAsSb com a capa d'absorció i AlGaAsSb com a capa multiplicadora. Aquest disseny difereix de l'InGaAs/InP tradicional i aporta avantatges significatius:
1. Capa d'absorció de GaAsSb: GaAsSb té un coeficient d'absorció similar a InGaAs, i la transició de la capa d'absorció de GaAsSb a AlGaAsSb (capa multiplicadora) és més fàcil, reduint l'efecte trampa i millorant la velocitat i l'eficiència d'absorció del dispositiu.
2. Capa multiplicadora d'AlGaAsSb: La capa multiplicadora d'AlGaAsSb és superior a la capa multiplicadora tradicional d'InP i InAlAs en rendiment. Això es reflecteix principalment en un guany elevat a temperatura ambient, un ample de banda elevat i un excés de soroll ultra baix.
Amb excel·lents indicadors de rendiment
El noufotodetector APD(detector de fotodíodes d'allaus) també ofereix millores significatives en les mètriques de rendiment:
1. Guany ultra alt: El guany ultra alt de 278 es va aconseguir a temperatura ambient, i recentment el Dr. Jin Xiao va millorar l'optimització de l'estructura i el procés, i el guany màxim es va augmentar a M=1212.
2. Soroll molt baix: mostra un excés de soroll molt baix (F < 3, guany M = 70; F<4, guany M=100).
3. Alta eficiència quàntica: sota el guany màxim, l'eficiència quàntica és de fins al 5935,3%. Forta estabilitat de temperatura: la sensibilitat de ruptura a baixa temperatura és d'uns 11,83 mV/K.
Fig. 1 Excés de soroll de l'APDdispositius fotodetectorsen comparació amb altres fotodetectors APD
Àmplies perspectives d'aplicació
Aquest nou APD té importants implicacions per als sistemes liDAR i les aplicacions de fotons:
1. Relació senyal-soroll millorada: les característiques d'alt guany i baix soroll milloren significativament la relació senyal-soroll, que és fonamental per a aplicacions en entorns pobres en fotons, com ara la monitorització de gasos d'efecte hivernacle.
2. Forta compatibilitat: El nou fotodetector APD (fotodetector d'allaus) està dissenyat per ser compatible amb les plataformes optoelectròniques de fosfur d'indi (InP) actuals, garantint una integració perfecta amb els sistemes de comunicació comercials existents.
3. Alta eficiència operativa: pot funcionar de manera eficient a temperatura ambient sense mecanismes de refrigeració complexos, cosa que simplifica el desplegament en diverses aplicacions pràctiques.
El desenvolupament d'aquest nou fotodetector APD SACM de 1550 nm (fotodetector d'allaus) representa un gran avenç en el camp, i aborda les limitacions clau associades amb l'excés de soroll i els productes d'amplada de banda de guany en els dissenys tradicionals de fotodetectors APD (fotodetector d'allaus). S'espera que aquesta innovació augmenti les capacitats dels sistemes liDAR, especialment en sistemes liDAR no tripulats, així com en les comunicacions en espai lliure.
Data de publicació: 13 de gener de 2025