Mga kamakailang pagsulong sa mga photodetector ng avalanche na may mataas na sensitivity

Mga kamakailang pagsulong samga photodetector ng avalanche na may mataas na sensitivity

Mataas na sensitibidad sa temperatura ng silid 1550 nmdetektor ng photodiode ng avalanche

Sa near infrared (SWIR) band, ang mga high sensitivity high speed avalanche diode ay malawakang ginagamit sa optoelectronic communication at liDAR applications. Gayunpaman, ang kasalukuyang near-infrared avalanche photodiode (APD) na pinangungunahan ng Indium gallium arsenic avalanche breakdown diode (InGaAs APD) ay palaging limitado ng random collision ionization noise ng mga tradisyonal na multiplier region materials, indium phosphide (InP) at indium aluminum arsenic (InAlAs), na nagreresulta sa isang makabuluhang pagbawas sa sensitivity ng device. Sa paglipas ng mga taon, maraming mananaliksik ang aktibong naghahanap ng mga bagong semiconductor materials na tugma sa InGaAs at InP optoelectronic platform processes at may ultra-low impact ionization noise performance na katulad ng bulk silicon materials.

Ang makabagong 1550 nm avalanche photodiode detector ay nakakatulong sa pagpapaunlad ng mga sistemang LiDAR

Isang pangkat ng mga mananaliksik sa United Kingdom at Estados Unidos ang matagumpay na nakabuo sa unang pagkakataon ng isang bagong ultra-high sensitivity 1550 nm APD photodetector (...photodetector ng avalanche), isang pambihirang tagumpay na nangangakong lubos na magpapabuti sa pagganap ng mga sistemang LiDAR at iba pang mga aplikasyong optoelectronic.

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

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

1. Patong ng pagsipsip ng GaAsSb: Ang GaAsSb ay may katulad na koepisyent ng pagsipsip sa InGaAs, at ang paglipat mula sa patong ng pagsipsip ng GaAsSb patungo sa AlGaAsSb (multiplier layer) ay mas madali, na binabawasan ang epekto ng bitag at pinapabuti ang bilis at kahusayan ng pagsipsip ng aparato.

2. AlGaAsSb multiplier layer: Ang AlGaAsSb multiplier layer ay mas mahusay kaysa sa tradisyonal na InP at InAlAs multiplier layer sa pagganap. Ito ay pangunahing makikita sa mataas na gain sa temperatura ng silid, mataas na bandwidth at napakababang excess noise.

May mahusay na mga tagapagpahiwatig ng pagganap

Ang bagoDetektor ng APD(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 temperatura ng silid, at kamakailan ay pinagbuti ni Dr. Jin Xiao ang pag-optimize ng istraktura at proseso, at ang pinakamataas na gain ay nadagdagan sa M=1212.

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

3. Mataas na kahusayan sa kabuuan: sa ilalim ng pinakamataas na gain, ang kahusayan sa kabuuan ay kasingtaas ng 5935.3%. Malakas na katatagan ng temperatura: ang sensitibidad sa pagkasira sa mababang temperatura ay humigit-kumulang 11.83 mV/K.

Larawan 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 mahahalagang implikasyon para sa mga sistema ng liDAR at mga aplikasyon ng photon:

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

2. Malakas na pagkakatugma: Ang bagong APD photodetector (avalanche photodetector) ay idinisenyo upang maging tugma sa kasalukuyang mga platform ng indium phosphide (InP) optoelectronics, na tinitiyak ang tuluy-tuloy na integrasyon sa mga umiiral na komersyal na sistema ng komunikasyon.

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

Ang pagbuo ng bagong 1550 nm SACM APD photodetector (avalanche photodetector) na ito ay kumakatawan sa isang malaking tagumpay sa larangan, Tinutugunan ang mga pangunahing limitasyon na nauugnay sa labis na ingay at mga produktong gain bandwidth sa mga tradisyonal na disenyo ng APD photodetector (avalanche photodetector). Inaasahang mapapahusay ng inobasyon na ito ang mga kakayahan ng mga liDAR system, lalo na sa mga unmanned liDAR system, pati na rin sa mga free-space communication.