Viimeaikaiset edistysaskeleetherkät lumivyöryvaloilmaisimet
Huoneenlämmössä korkea herkkyys 1550 nmlumivyöryvalodiodi-ilmaisin
Lähi-infrapuna-alueella (SWIR) optoelektronisessa viestinnässä ja liDAR-sovelluksissa käytetään laajalti herkkiä ja nopeita lumivyörydiodeja. Nykyistä indium-gallium-arseeni-lumivyöryläpilyöntidiodia (InGaAs APD) käyttävää lähi-infrapuna-lumivyöryfotodiodia (APD) on kuitenkin aina rajoittanut perinteisten kertoja-alueen materiaalien, indiumfosfidin (InP) ja indiumalumiiniarseenin (InAlAs), satunnainen törmäysionisaatiokohina, mikä on johtanut laitteen herkkyyden merkittävään heikkenemiseen. Vuosien varrella monet tutkijat ovat etsineet aktiivisesti uusia puolijohdemateriaaleja, jotka ovat yhteensopivia InGaAs- ja InP-optoelektronisten alustaprosessien kanssa ja joilla on erittäin alhainen iskuionisaatiokohina, joka on samanlainen kuin piimateriaaleilla.
Innovatiivinen 1550 nm:n lumivyöryfotodiodi-ilmaisin auttaa LiDAR-järjestelmien kehittämisessä
Iso-Britanniassa ja Yhdysvalloissa toimiva tutkijaryhmä on ensimmäistä kertaa onnistuneesti kehittänyt uuden erittäin herkän 1550 nm:n APD-fotodetektorin (lumivyöryvaloilmaisin), läpimurto, joka lupaa parantaa huomattavasti LiDAR-järjestelmien ja muiden optoelektronisten sovellusten suorituskykyä.
Uudet materiaalit tarjoavat merkittäviä etuja
Tutkimuksen kohokohta on materiaalien innovatiivinen käyttö. Tutkijat valitsivat absorptiokerrokseksi GaAsSb:n ja kerroinkerrokseksi AlGaAsSb:n. Tämä rakenne eroaa perinteisestä InGaAs/InP:stä ja tuo merkittäviä etuja:
1. GaAsSb-absorptiokerros: GaAsSb:llä on samanlainen absorptiokerroin kuin InGaAs:lla, ja siirtyminen GaAsSb-absorptiokerroksesta AlGaAsSb:hen (kerroinkerrokseen) on helpompaa, mikä vähentää loukkuvaikutusta ja parantaa laitteen nopeutta ja absorptiotehokkuutta.
2. AlGaAsSb-kerroinkerros: AlGaAsSb-kerroinkerros on suorituskyvyltään perinteisiä InP- ja InAlAs-kerroinkerroksia parempi. Tämä näkyy pääasiassa korkeana vahvistuksena huoneenlämmössä, suuressa kaistanleveydessä ja erittäin alhaisessa kohinassa.
Erinomaisilla suorituskykyindikaattoreilla
UusiAPD-valoilmaisin(lumivyöryvalodiodi-ilmaisin) tarjoaa myös merkittäviä parannuksia suorituskykymittareihin:
1. Erittäin suuri vahvistus: Erittäin suuri 278:n vahvistus saavutettiin huoneenlämmössä, ja äskettäin tohtori Jin Xiao paransi rakenteen optimointia ja prosessia, ja suurin vahvistus nostettiin arvoon M = 1212.
2. Hyvin alhainen kohina: osoittaa erittäin vähän ylimääräistä kohinaa (F < 3, vahvistus M = 70; F<4, vahvistus M = 100).
3. Korkea kvanttihyötysuhde: suurimmalla vahvistuksella kvanttihyötysuhde on jopa 5935,3 %. Vahva lämpötilastabiilius: läpilyöntiherkkyys matalassa lämpötilassa on noin 11,83 mV/K.
Kuva 1 APD:n liiallinen kohinavaloilmaisinlaitteetverrattuna muihin APD-fotodetektoreihin
Laajat sovellusmahdollisuudet
Tällä uudella APD:llä on tärkeitä vaikutuksia liDAR-järjestelmiin ja fotonisovelluksiin:
1. Parannettu signaali-kohinasuhde: Suuri vahvistus ja matala kohina parantavat merkittävästi signaali-kohinasuhdetta, mikä on kriittistä fotoniköyhissä ympäristöissä, kuten kasvihuonekaasujen seurannassa.
2. Vahva yhteensopivuus: Uusi APD-fotodetektori (lumivyöryfotodetektori) on suunniteltu yhteensopivaksi nykyisten indiumfosfidi (InP) -optoelektroniikka-alustojen kanssa, mikä varmistaa saumattoman integroinnin olemassa oleviin kaupallisiin viestintäjärjestelmiin.
3. Korkea operatiivinen hyötysuhde: Se voi toimia tehokkaasti huoneenlämmössä ilman monimutkaisia jäähdytysmekanismeja, mikä yksinkertaistaa käyttöönottoa erilaisissa käytännön sovelluksissa.
Tämän uuden 1550 nm:n SACM APD -fotodetektorin (lumivyöryfotodetektorin) kehittäminen edustaa merkittävää läpimurtoa alalla. Se korjaa perinteisten APD-fotodetektorien (lumivyöryfotodetektorien) rakenteiden liialliseen kohinaan ja vahvistuskaistanleveyteen liittyvät keskeiset rajoitukset. Tämän innovaation odotetaan parantavan liDAR-järjestelmien ominaisuuksia, erityisesti miehittämättömissä liDAR-järjestelmissä, sekä vapaassa tilassa tapahtuvassa tietoliikenteessä.
Julkaisun aika: 13. tammikuuta 2025