Recente ontwikkelingen inlawinefotodetectoren met hoge gevoeligheid
Kamertemperatuur hoge gevoeligheid 1550 nmlawine fotodiode detector
In het nabij-infrarood (SWIR) worden zeer gevoelige, snelle lawinediodes veel gebruikt in opto-elektronische communicatie en LiDAR-toepassingen. De huidige nabij-infrarood lawinefotodiode (APD), gedomineerd door de Indium-gallium-arseen-lawinedoorslagdiode (InGaAs APD), is echter altijd beperkt geweest door de willekeurige botsingsionisatieruis van traditionele materialen voor multipliergebieden, indiumfosfide (InP) en indium-aluminium-arseen (InAlAs), wat heeft geleid tot een aanzienlijke vermindering van de gevoeligheid van het apparaat. In de loop der jaren zijn veel onderzoekers actief op zoek naar nieuwe halfgeleidermaterialen die compatibel zijn met InGaAs- en InP-opto-elektronische platformprocessen en die een ultralage impact hebben op ionisatieruis, vergelijkbaar met bulksiliciummaterialen.
De innovatieve 1550 nm lawinefotodiodedetector helpt bij de ontwikkeling van LiDAR-systemen
Een team van onderzoekers in het Verenigd Koninkrijk en de Verenigde Staten heeft voor het eerst met succes een nieuwe, ultrahoge gevoeligheid 1550 nm APD-fotodetector ontwikkeld (lawine fotodetector), een doorbraak die de prestaties van LiDAR-systemen en andere opto-elektronische toepassingen aanzienlijk zal verbeteren.
Nieuwe materialen bieden belangrijke voordelen
Het hoogtepunt van dit onderzoek is het innovatieve materiaalgebruik. De onderzoekers kozen GaAsSb als absorptielaag en AlGaAsSb als multiplicatorlaag. Dit ontwerp verschilt van traditioneel InGaAs/InP en biedt aanzienlijke voordelen:
1. GaAsSb-absorptielaag: GaAsSb heeft een vergelijkbare absorptiecoëfficiënt als InGaAs. Bovendien is de overgang van de GaAsSb-absorptielaag naar AlGaAsSb (vermenigvuldigingslaag) gemakkelijker, waardoor het valeffect wordt verminderd en de snelheid en absorptie-efficiëntie van het apparaat worden verbeterd.
2. AlGaAsSb-multiplicatorlaag: De AlGaAsSb-multiplicatorlaag presteert beter dan traditionele InP- en InAlAs-multiplicatorlagen. Dit komt vooral tot uiting in een hoge versterking bij kamertemperatuur, een hoge bandbreedte en een extreem laag ruisoverschot.
Met uitstekende prestatie-indicatoren
De nieuweAPD-fotodetector(lawinefotodiodedetector) biedt ook aanzienlijke verbeteringen in prestatiemetingen:
1. Ultrahoge versterking: De ultrahoge versterking van 278 werd bereikt bij kamertemperatuur. Onlangs heeft Dr. Jin Xiao de structuuroptimalisatie en het proces verbeterd en de maximale versterking verhoogd tot M=1212.
2. Zeer lage ruis: vertoont zeer lage overtollige ruis (F < 3, versterking M = 70; F < 4, versterking M = 100).
3. Hoge kwantumefficiëntie: bij maximale versterking is de kwantumefficiëntie zelfs 5935,3%. Sterke temperatuurstabiliteit: de doorslaggevoeligheid bij lage temperaturen bedraagt ongeveer 11,83 mV/K.
Figuur 1 Overmatig geluid van APDfotodetector apparatenvergeleken met andere APD-fotodetectoren
Brede toepassingsmogelijkheden
Deze nieuwe APD heeft belangrijke implicaties voor LiDAR-systemen en fotontoepassingen:
1. Verbeterde signaal-ruisverhouding: De hoge versterking en lage ruiseigenschappen verbeteren de signaal-ruisverhouding aanzienlijk, wat van cruciaal belang is voor toepassingen in omgevingen met weinig fotonen, zoals het monitoren van broeikasgassen.
2. Sterke compatibiliteit: De nieuwe APD-fotodetector (lawinefotodetector) is ontworpen om compatibel te zijn met huidige opto-elektronische platforms op basis van indiumfosfide (InP), waardoor naadloze integratie met bestaande commerciële communicatiesystemen wordt gegarandeerd.
3. Hoge operationele efficiëntie: Het systeem kan efficiënt werken bij kamertemperatuur zonder complexe koelmechanismen, waardoor de inzet in verschillende praktische toepassingen wordt vereenvoudigd.
De ontwikkeling van deze nieuwe 1550 nm SACM APD-fotodetector (lawinefotodetector) vertegenwoordigt een belangrijke doorbraak in het veld. Deze innovatie pakt belangrijke beperkingen aan die gepaard gaan met overmatige ruis en bandbreedteversterking in traditionele APD-fotodetectorontwerpen. Verwacht wordt dat deze innovatie de mogelijkheden van liDAR-systemen, met name onbemande liDAR-systemen, en ook de communicatie in de vrije ruimte zal vergroten.
Plaatsingstijd: 13-01-2025