Nya framsteg inomhögkänsliga lavinfotodetektorer
Rumstemperatur hög känslighet 1550 nmlavinfotodioddetektor
I det nära infraröda bandet (SWIR) används högkänsliga lavindioder med hög hastighet i stor utsträckning inom optoelektronisk kommunikation och liDAR-tillämpningar. Den nuvarande nära infraröda lavinfotodioden (APD), som domineras av indium-gallium-arsenik-lavindebrottsdioden (InGaAs APD), har dock alltid begränsats av det slumpmässiga kollisioniseringsbruset från traditionella multiplikatorregionsmaterial, indiumfosfid (InP) och indiumaluminiumarsenik (InAlAs), vilket har resulterat i en betydande minskning av enhetens känslighet. Under årens lopp har många forskare aktivt letat efter nya halvledarmaterial som är kompatibla med InGaAs- och InP-optoelektroniska plattformsprocesser och har ultralåg joniseringsbrusprestanda som liknar bulkkiselmaterial.
Den innovativa lavinfotodioddetektorn på 1550 nm hjälper till med utvecklingen av LiDAR-system
Ett forskarteam i Storbritannien och USA har för första gången framgångsrikt utvecklat en ny ultrahögkänslig 1550 nm APD-fotodetektor (lavinfotodetektor), ett genombrott som lovar att avsevärt förbättra prestandan hos LiDAR-system och andra optoelektroniska tillämpningar.
Nya material erbjuder viktiga fördelar
Höjdpunkten i denna forskning är den innovativa användningen av material. Forskarna valde GaAsSb som absorptionslager och AlGaAsSb som multiplikatorlager. Denna design skiljer sig från traditionell InGaAs/InP och medför betydande fördelar:
1. GaAsSb-absorptionsskikt: GaAsSb har en liknande absorptionskoefficient som InGaAs, och övergången från GaAsSb-absorptionsskiktet till AlGaAsSb (multiplikatorskiktet) är enklare, vilket minskar fälleffekten och förbättrar enhetens hastighet och absorptionseffektivitet.
2. AlGaAsSb-multiplikatorlager: AlGaAsSb-multiplikatorlagret är överlägset traditionella InP- och InAlAs-multiplikatorlager i prestanda. Detta återspeglas främst i hög förstärkning vid rumstemperatur, hög bandbredd och extremt lågt överskottsbrus.
Med utmärkta prestationsindikatorer
Det nyaAPD-fotodetektor(lavinfotodioddetektor) erbjuder också betydande förbättringar i prestandamått:
1. Ultrahög förstärkning: Den ultrahöga förstärkningen på 278 uppnåddes vid rumstemperatur, och nyligen förbättrade Dr. Jin Xiao strukturoptimeringen och processen, och den maximala förstärkningen ökades till M=1212.
2. Mycket lågt brus: visar mycket lågt överskottsbrus (F < 3, förstärkning M = 70; F < 4, förstärkning M = 100).
3. Hög kvanteffektivitet: vid maximal förstärkning är kvanteffektiviteten så hög som 5935,3 %. Stark temperaturstabilitet: genombrottskänsligheten vid låg temperatur är cirka 11,83 mV/K.
Figur 1 Överdrivet brus från APDfotodetektoranordningarjämfört med andra APD-fotodetektorer
Breda tillämpningsmöjligheter
Denna nya APD har viktiga konsekvenser för liDAR-system och fotonapplikationer:
1. Förbättrat signal-brusförhållande: De höga förstärknings- och lågbrusegenskaperna förbättrar signal-brusförhållandet avsevärt, vilket är avgörande för tillämpningar i fotonfattiga miljöer, såsom övervakning av växthusgaser.
2. Stark kompatibilitet: Den nya APD-fotodetektorn (lavinfotodetektorn) är utformad för att vara kompatibel med nuvarande optoelektroniska plattformar för indiumfosfid (InP), vilket säkerställer sömlös integration med befintliga kommersiella kommunikationssystem.
3. Hög driftseffektivitet: Den kan fungera effektivt vid rumstemperatur utan komplexa kylmekanismer, vilket förenklar implementeringen i olika praktiska tillämpningar.
Utvecklingen av denna nya 1550 nm SACM APD-fotodetektor (lavinfotodetektor) representerar ett stort genombrott inom området. Den åtgärdar viktiga begränsningar i samband med överdrivet brus och förstärkningsbandbredd i traditionella APD-fotodetektordesigner (lavinfotodetektorer). Denna innovation förväntas öka kapaciteten hos liDAR-system, särskilt i obemannade liDAR-system, såväl som i kommunikation i fritt utrymme.
Publiceringstid: 13 januari 2025