Нядаўнія дасягненні ўвысокаадчувальныя лавінныя фотадэтэктары
Пакаёвая тэмпература, высокая адчувальнасць 1550 нмлавінны фотадыёдны дэтэктар
У блізкім інфрачырвоным (SWIR) дыяпазоне высокаадчувальныя хуткасныя лавінныя дыёды шырока выкарыстоўваюцца ў оптаэлектроннай сувязі і лідарных прымяненнях. Аднак сучасныя блізкія інфрачырвоныя лавінныя фотадыёды (ЛФФ), у якіх пераважаюць індый-галій-мыш'якавы дыёды з лавінным прабоем (InGaAs ЛФФ), заўсёды былі абмежаваныя выпадковым шумам іанізацыі сутыкненняў традыцыйных матэрыялаў памнажальнай вобласці, фасфіду індыя (InP) і індый-алюміній-мыш'якавы (InAlAs), што прыводзіла да значнага зніжэння адчувальнасці прылады. На працягу многіх гадоў многія даследчыкі актыўна шукаюць новыя паўправадніковыя матэрыялы, сумяшчальныя з працэсамі оптаэлектронных платформаў InGaAs і InP і якія маюць ультранізкія паказчыкі ўздзеяння іанізацыі, падобныя да аб'ёмных крэмніевых матэрыялаў.
Інавацыйны лавінны фотадыёдны дэтэктар 1550 нм дапамагае ў распрацоўцы сістэм LiDAR
Каманда даследчыкаў з Вялікабрытаніі і ЗША ўпершыню паспяхова распрацавала новы звышвысокаадчувальны фотадэтэктар APD з даўжынёй хвалі 1550 нм (лавінны фотадэтэктар), прарыў, які абяцае значна палепшыць прадукцыйнасць сістэм LiDAR і іншых оптаэлектронных прыкладанняў.
Новыя матэрыялы прапануюць ключавыя перавагі
Галоўнай асаблівасцю гэтага даследавання з'яўляецца інавацыйнае выкарыстанне матэрыялаў. Даследчыкі выбралі GaAsSb у якасці паглынальнага пласта і AlGaAsSb у якасці памнажальнага пласта. Такая канструкцыя адрозніваецца ад традыцыйных InGaAs/InP і мае значныя перавагі:
1. Паглынальны пласт GaAsSb: GaAsSb мае падобны каэфіцыент паглынання да InGaAs, і пераход ад паглынальнага пласта GaAsSb да AlGaAsSb (множны пласт) прасцейшы, што памяншае эфект пасткі і паляпшае хуткасць і эфектыўнасць паглынання прылады.
2. Памножны пласт AlGaAsSb: Памножны пласт AlGaAsSb пераўзыходзіць традыцыйныя памножныя пласты InP і InAlAs па прадукцыйнасці. Гэта ў асноўным адлюстроўваецца ў высокім каэфіцыенце ўзмацнення пры пакаёвай тэмпературы, высокай прапускной здольнасці і звышнізкім узроўнем шуму.
З выдатнымі паказчыкамі эфектыўнасці
НовыФотадэтэктар APD(лавінны фотадыёдны дэтэктар) таксама прапануе значныя паляпшэнні паказчыкаў прадукцыйнасці:
1. Звышвысокі каэфіцыент узмацнення: Звышвысокі каэфіцыент узмацнення 278 быў дасягнуты пры пакаёвай тэмпературы, і нядаўна доктар Цзінь Сяо ўдасканаліў аптымізацыю структуры і працэс, і максімальны каэфіцыент узмацнення быў павялічаны да M=1212.
2. Вельмі нізкі ўзровень шуму: паказвае вельмі нізкі лішні шум (F < 3, каэфіцыент узмацнення M = 70; F < 4, каэфіцыент узмацнення M = 100).
3. Высокая квантавая эфектыўнасць: пры максімальным каэфіцыенце ўзмацнення квантавая эфектыўнасць дасягае 5935,3%. Высокая тэмпературная стабільнасць: адчувальнасць прабою пры нізкай тэмпературы складае каля 11,83 мВ/К.
Мал. 1. Залішні шум APDфотадэтэктарныя прыладыу параўнанні з іншымі фотадэтэктарамі APD
Шырокія перспектывы прымянення
Гэты новы лабіна-дысплеер (ЛАД) мае важныя наступствы для лідарных сістэм і прымянення фатонаў:
1. Палепшанае суадносіны сігнал/шум: Высокі каэфіцыент узмацнення і нізкі ўзровень шуму значна паляпшаюць суадносіны сігнал/шум, што мае вырашальнае значэнне для прымянення ў асяроддзях з абмежаваным фатонным выпраменьваннем, такіх як маніторынг парніковых газаў.
2. Высокая сумяшчальнасць: Новы фотадэтэктар APD (лавінны фотадэтэктар) распрацаваны для сумяшчальнасці з сучаснымі оптаэлектроннымі платформамі на аснове фасфіду індыю (InP), што забяспечвае бясшвоўную інтэграцыю з існуючымі камерцыйнымі сістэмамі сувязі.
3. Высокая эфектыўнасць працы: прылада можа эфектыўна працаваць пры пакаёвай тэмпературы без складаных механізмаў астуджэння, што спрашчае яе выкарыстанне ў розных практычных умовах.
Распрацоўка гэтага новага фотадэтэктара SACM APD (лавіннага фотадэтэктара) з даўжынёй хвалі 1550 нм уяўляе сабой значны прарыў у гэтай галіне. Ён вырашае ключавыя абмежаванні, звязаныя з празмерным шумам і прадуктамі паласы прапускання ўзмацнення ў традыцыйных канструкцыях фотадэтэктараў APD (лавінных фотадэтэктараў). Чакаецца, што гэтая інавацыя пашырыць магчымасці сістэм лідар, асабліва беспілотных сістэм лідар, а таксама сувязі ў вольнай касмічнай прасторы.
Час публікацыі: 13 студзеня 2025 г.