Πρόσφατες εξελίξεις σε φωτοανιχνευτές υψηλής ευαισθησίας χιονοστιβάδας

Πρόσφατες εξελίξεις στοΥψηλής ευαισθησίας φωτοανθεραπευτές χιονοστιβάδας

Θερμοκρασία δωματίου Υψηλή ευαισθησία 1550 nmανιχνευτής φωτοδιόδων χιονοστιβάδας

Στη ζώνη εγγύς υπερύθρων (SWIR), οι διόδους υψηλής ευαισθησίας υψηλής ταχύτητας χρησιμοποιούνται ευρέως σε εφαρμογές οπτοηλεκτρονικής επικοινωνίας και LIDAR. Ωστόσο, η σημερινή φωτοδίοδο των Avalanche (APD) που κυριαρχείται από τη διόρθωση διάσπασης των χιονοστιβάδων (IngaAS APD) περιοριζόταν πάντα από τον θόρυβο της τυχαίας σύγκρουσης του θορύβου των παραδοσιακών υλικών πολλαπλασιαστικής περιοχής, του ινδίου φωσφίδιο (inP) και του αρσενικού αλουμινίου ινδίου (Indium αλουμινίου. Inalas), με αποτέλεσμα σημαντική μείωση της ευαισθησίας της συσκευής. Με τα χρόνια, πολλοί ερευνητές αναζητούν ενεργά νέα υλικά ημιαγωγών που είναι συμβατά με τις διαδικασίες IngaAs και Inp Optoelectronic Platform και έχουν εξαιρετικά χαμηλές επιδόσεις θορύβου ιονισμού παρόμοια με υλικά χύδην πυριτίου.

Ο καινοτόμος ανιχνευτής φωτοδιόδων Avalanche 1550 nm βοηθά την ανάπτυξη συστημάτων LIDAR

Μια ομάδα ερευνητών στο Ηνωμένο Βασίλειο και στις Ηνωμένες Πολιτείες έχουν για πρώτη φορά να αναπτύξουν επιτυχώς μια νέα εξαιρετικά υψηλή ευαισθησία 1550 nm APD φωτοανιχνευτή (φωτοανιχνευτής χιονοστιβάδας), μια σημαντική ανακάλυψη που υπόσχεται να βελτιώσει σημαντικά την απόδοση των συστημάτων LIDAR και άλλων οπτοηλεκτρονικών εφαρμογών.

Τα νέα υλικά προσφέρουν βασικά πλεονεκτήματα

Το επίκεντρο αυτής της έρευνας είναι η καινοτόμος χρήση των υλικών. Οι ερευνητές επέλεξαν το GAASSB ως το στρώμα απορρόφησης και το AlgaASSB ως το στρώμα πολλαπλασιαστή. Αυτός ο σχεδιασμός διαφέρει από τα παραδοσιακά IngaAs/INP και φέρνει σημαντικά πλεονεκτήματα:

1. Το στρώμα απορρόφησης GaASSB: Το GaASSB έχει παρόμοιο συντελεστή απορρόφησης με την IngaAS και η μετάβαση από το στρώμα απορρόφησης GaASSB στο ALGAASSB (πολλαπλασιαστικό στρώμα) είναι ευκολότερη, μειώνοντας το αποτέλεσμα της παγίδας και βελτιώνοντας την ταχύτητα και την απορρόφηση της απόδοσης της συσκευής.

2. ALGAASSB Πολλαπλασιασμός στρώματος: Το στρώμα πολλαπλασιαστή AlgaASSB είναι ανώτερο από το παραδοσιακό στρώμα πολλαπλασιασμού InP και Inalas στην απόδοση. Αντικατοπτρίζεται κυρίως σε υψηλό κέρδος σε θερμοκρασία δωματίου, υψηλό εύρος ζώνης και υπερβολικά χαμηλής περίσσειας θορύβου.

Με εξαιρετικούς δείκτες απόδοσης

Το νέοΦωτοανιχνευτής APD(ανιχνευτής φωτοδιόδων Avalanche) προσφέρει επίσης σημαντικές βελτιώσεις στις μετρήσεις απόδοσης:

1 Εξαιρετικά υψηλό κέρδος: Το εξαιρετικά υψηλό κέρδος των 278 επιτεύχθηκε σε θερμοκρασία δωματίου και πρόσφατα ο Δρ Jin Xiao βελτίωσε τη βελτιστοποίηση και τη διαδικασία της δομής και το μέγιστο κέρδος αυξήθηκε σε M = 1212.

2. Πολύ χαμηλός θόρυβος: δείχνει πολύ χαμηλό περίσσεια θόρυβο (F <3, κέρδος M = 70, F <4, κέρδος M = 100).

3. Υψηλή κβαντική απόδοση: Κάτω από το μέγιστο κέρδος, η κβαντική απόδοση είναι τόσο υψηλή όσο 5935,3%. Ισχυρή σταθερότητα θερμοκρασίας: Η ευαισθησία διάσπασης σε χαμηλή θερμοκρασία είναι περίπου 11,83 mV/k.

Εικ. 1 ΠΕΡΙΣΣΟΤΕΡΑ Θόρυβος του APDσυσκευές φωτοανιχολογίαςΣε σύγκριση με άλλους φωτοανιχνευτές APD

Ευρείες προοπτικές εφαρμογής

Αυτό το νέο APD έχει σημαντικές συνέπειες για τα συστήματα LIDAR και τις εφαρμογές φωτονίων:

1. Βελτιωμένη αναλογία σήματος προς θόρυβο: Το υψηλό κέρδος και τα χαμηλά χαρακτηριστικά θορύβου βελτιώνουν σημαντικά τον λόγο σήματος προς θόρυβο, η οποία είναι κρίσιμη για τις εφαρμογές σε περιβάλλοντα με φτωχό φωτόνιο, όπως η παρακολούθηση του αερίου του θερμοκηπίου.

2. Ισχυρή συμβατότητα: Ο νέος φωτοανιχνευτής APD (Photodetector Avalanche) έχει σχεδιαστεί για να είναι συμβατή με τις ρεύμα πλατφόρμες οπτικοηλεκτρονικής ινδίου (INP), εξασφαλίζοντας την απρόσκοπτη ενσωμάτωση με τα υπάρχοντα συστήματα εμπορικής επικοινωνίας.

3. Υψηλή επιχειρησιακή απόδοση: Μπορεί να λειτουργήσει αποτελεσματικά σε θερμοκρασία δωματίου χωρίς μηχανισμούς ψύξης πολύπλοκων, απλοποιώντας την ανάπτυξη σε διάφορες πρακτικές εφαρμογές.

Η ανάπτυξη αυτού του νέου φωτοανιχνευτή SACM APD των 1550 nm (φωτοανιχνευτής χιονοστιβάδας) αντιπροσωπεύει μια σημαντική ανακάλυψη στον τομέα, αντιμετωπίζει βασικούς περιορισμούς που σχετίζονται με τον υπερβολικό θόρυβο και τα σχέδια κέρδους εύρους ζώνης σε παραδοσιακά σχέδια φωτοδιάσκων APD. Αυτή η καινοτομία αναμένεται να ενισχύσει τις δυνατότητες των συστημάτων LIDAR, ειδικά στα μη επανδρωμένα συστήματα LIDAR, καθώς και στις επικοινωνίες ελεύθερου χώρου.