Mga kamakailang pagsulong sa high sensitivity avalanche photodetector

Mga kamakailang pagsulong samataas na sensitivity avalanche photodetector

Mataas na sensitivity ng temperatura ng kuwarto 1550 nmavalanche photodiode detector

Sa malapit na infrared (SWIR) band, ang high sensitivity high speed avalanche diodes ay malawakang ginagamit sa optoelectronic na komunikasyon at mga aplikasyon ng liDAR. Gayunpaman, ang kasalukuyang near-infrared avalanche photodiode (APD) na pinangungunahan ng Indium gallium arsenic avalanche breakdown diode (InGaAs APD) ay palaging nililimitahan ng random collision ionization noise ng tradisyonal na multiplier region na materyales, indium phosphide (InP) at indium aluminum arsenic (InAlAs), na nagreresulta sa makabuluhang reduction ng sensitivity ng device. Sa paglipas ng mga taon, maraming mananaliksik ang aktibong naghahanap ng mga bagong materyal na semiconductor na tugma sa mga proseso ng InGaA at InP optoelectronic platform at may napakababang epekto na pagganap ng ingay sa ionization na katulad ng mga bulk na materyales na silikon.

Ang makabagong 1550 nm avalanche photodiode detector ay tumutulong sa pagbuo ng mga LiDAR system

Isang pangkat ng mga mananaliksik sa United Kingdom at United States ang sa unang pagkakataon ay matagumpay na nakabuo ng bagong ultra-high sensitivity 1550 nm APD photodetector (avalanche photodetector), isang tagumpay na nangangako na lubos na mapabuti ang pagganap ng mga LiDAR system at iba pang mga optoelectronic na application.

Ang mga bagong materyales ay nag-aalok ng mga pangunahing bentahe

Ang highlight ng pananaliksik na ito ay ang makabagong paggamit ng mga materyales. Pinili ng mga mananaliksik ang GaAsSb bilang absorption layer at AlGaAsSb bilang multiplier layer. Ang disenyong ito ay naiiba sa tradisyonal na InGaAs/InP at nagdudulot ng mga makabuluhang pakinabang:

1.GaAsSb absorption layer: Ang GaAsSb ay may katulad na absorption coefficient sa InGaAs, at ang paglipat mula sa GaAsSb absorption layer patungo sa AlGaAsSb (multiplier layer) ay mas madali, na binabawasan ang trap effect at pinapahusay ang bilis at kahusayan ng pagsipsip ng device.

2. AlGaAsSb multiplier layer: AlGaAsSb multiplier layer ay mas mataas sa tradisyonal na InP at InAlAs multiplier layer sa performance. Pangunahing makikita ito sa mataas na nakuha sa temperatura ng silid, mataas na bandwidth at napakababang labis na ingay.

Na may mahusay na mga tagapagpahiwatig ng pagganap

Ang bagoAPD photodetector(avalanche photodiode detector) ay nag-aalok din ng mga makabuluhang pagpapabuti sa mga sukatan ng pagganap:

1. Ultra-high gain: Ang ultra-high gain na 278 ay nakamit sa room temperature, at kamakailan ay pinahusay ni Dr. Jin Xiao ang structure optimization at process, at ang maximum gain ay nadagdagan sa M=1212.

2. Napakababang ingay: nagpapakita ng napakababang labis na ingay (F <3, makakuha ng M = 70; F<4, makakuha ng M=100).

3. Mataas na quantum efficiency: sa ilalim ng maximum gain, ang quantum efficiency ay kasing taas ng 5935.3%. Malakas na katatagan ng temperatura: ang sensitivity ng pagkasira sa mababang temperatura ay humigit-kumulang 11.83 mV/K.

Fig 1 Labis na ingay ng APDmga aparatong photodetectorkumpara sa ibang APD photodetector

Malawak na mga prospect ng aplikasyon

Ang bagong APD na ito ay may mahalagang implikasyon para sa mga liDAR system at photon application:

1. Pinahusay na ratio ng signal-to-noise: Ang mataas na nakuha at mababang mga katangian ng ingay ay makabuluhang nagpapabuti sa ratio ng signal-to-noise, na kritikal para sa mga aplikasyon sa mga kapaligirang mahina ang photon, tulad ng pagsubaybay sa greenhouse gas.

2. Malakas na compatibility: Ang bagong APD photodetector (avalanche photodetector) ay idinisenyo upang maging compatible sa kasalukuyang indium phosphide (InP) optoelectronics platforms, na tinitiyak ang tuluy-tuloy na pagsasama sa mga umiiral nang commercial communication system.

3. Mataas na kahusayan sa pagpapatakbo: Maaari itong gumana nang mahusay sa temperatura ng silid nang walang kumplikadong mga mekanismo ng paglamig, na nagpapasimple sa pag-deploy sa iba't ibang praktikal na aplikasyon.

Ang pagbuo nitong bagong 1550 nm SACM APD photodetector (avalanche photodetector) ay kumakatawan sa isang malaking tagumpay sa larangan, Tinutugunan ang mga pangunahing limitasyon na nauugnay sa labis na ingay at nakakakuha ng mga produkto ng bandwidth sa tradisyonal na APD photodetector (avalanche photodetector) na mga disenyo. Inaasahang mapapalakas ng inobasyong ito ang mga kakayahan ng mga liDAR system, lalo na sa mga unmanned liDAR system, gayundin sa mga libreng komunikasyon sa espasyo.