Son gelişmeleryüksek hassasiyetli çığ fotodedektörleri
Oda sıcaklığında yüksek hassasiyet 1550 nmçığ fotodiyot dedektörü
Yakın kızılötesi (SWIR) bantta, yüksek hassasiyetli ve yüksek hızlı çığ diyotları, optoelektronik iletişim ve LiDAR uygulamalarında yaygın olarak kullanılmaktadır. Bununla birlikte, indiyum galyum arsenik çığ kırılma diyotunun (InGaAs APD) hakim olduğu mevcut yakın kızılötesi çığ fotodiyotları (APD), geleneksel çarpan bölgesi malzemeleri olan indiyum fosfit (InP) ve indiyum alüminyum arsenik (InAlAs) malzemelerinin rastgele çarpışma iyonizasyon gürültüsüyle her zaman sınırlı kalmış ve bu da cihazın hassasiyetinde önemli bir azalmaya yol açmıştır. Yıllar boyunca, birçok araştırmacı, InGaAs ve InP optoelektronik platform süreçleriyle uyumlu ve toplu silikon malzemelerine benzer ultra düşük darbe iyonizasyon gürültüsü performansına sahip yeni yarı iletken malzemeler arayışındadır.
Yenilikçi 1550 nm çığ fotodiyot dedektörü, LiDAR sistemlerinin geliştirilmesine yardımcı oluyor.
Birleşik Krallık ve Amerika Birleşik Devletleri'ndeki bir araştırma ekibi, ilk kez ultra yüksek hassasiyetli 1550 nm APD fotodedektörünü başarıyla geliştirdi.çığ fotodedektörüBu, LiDAR sistemlerinin ve diğer optoelektronik uygulamaların performansını büyük ölçüde iyileştirmeyi vaat eden bir atılımdır.
Yeni malzemeler önemli avantajlar sunuyor.
Bu araştırmanın en önemli noktası, malzemelerin yenilikçi kullanımıdır. Araştırmacılar, soğurma katmanı olarak GaAsSb'yi ve çoğaltma katmanı olarak AlGaAsSb'yi seçmişlerdir. Bu tasarım, geleneksel InGaAs/InP'den farklıdır ve önemli avantajlar sağlamaktadır:
1. GaAsSb soğurma katmanı: GaAsSb, InGaAs'e benzer bir soğurma katsayısına sahiptir ve GaAsSb soğurma katmanından AlGaAsSb'ye (çarpan katmanı) geçiş daha kolaydır, bu da tuzak etkisini azaltır ve cihazın hızını ve soğurma verimliliğini artırır.
2. AlGaAsSb çarpan katmanı: AlGaAsSb çarpan katmanı, performans açısından geleneksel InP ve InAlAs çarpan katmanlarından üstündür. Bu üstünlük esas olarak oda sıcaklığında yüksek kazanç, yüksek bant genişliği ve ultra düşük aşırı gürültüde kendini gösterir.
Mükemmel performans göstergeleriyle
YeniAPD fotodedektör(çığ fotodiyot dedektörü) ayrıca performans ölçütlerinde de önemli iyileştirmeler sunmaktadır:
1. Ultra yüksek kazanç: Oda sıcaklığında 278'lik ultra yüksek bir kazanç elde edildi ve yakın zamanda Dr. Jin Xiao, yapı optimizasyonunu ve süreci iyileştirerek maksimum kazancı M=1212'ye çıkardı.
2. Çok düşük gürültü: Çok düşük aşırı gürültü gösterir (F < 3, kazanç M = 70; F < 4, kazanç M = 100).
3. Yüksek kuantum verimliliği: Maksimum kazanç altında, kuantum verimliliği %5935,3 gibi yüksek bir değere ulaşır. Güçlü sıcaklık kararlılığı: Düşük sıcaklıkta arıza hassasiyeti yaklaşık 11,83 mV/K'dir.
Şekil 1. APD'nin aşırı gürültüsüfotodedektör cihazlarıdiğer APD fotodedektörleriyle karşılaştırıldığında
Geniş uygulama olanakları
Bu yeni APD, lidar sistemleri ve foton uygulamaları için önemli sonuçlar doğurmaktadır:
1. Geliştirilmiş sinyal-gürültü oranı: Yüksek kazanç ve düşük gürültü özellikleri, özellikle sera gazı izleme gibi foton bakımından fakir ortamlardaki uygulamalar için kritik öneme sahip olan sinyal-gürültü oranını önemli ölçüde iyileştirir.
2. Güçlü uyumluluk: Yeni APD fotodedektörü (çığ fotodedektörü), mevcut indiyum fosfit (InP) optoelektronik platformlarıyla uyumlu olacak şekilde tasarlanmıştır ve mevcut ticari iletişim sistemleriyle sorunsuz entegrasyon sağlar.
3. Yüksek çalışma verimliliği: Karmaşık soğutma mekanizmalarına ihtiyaç duymadan oda sıcaklığında verimli bir şekilde çalışabilir, bu da çeşitli pratik uygulamalarda kullanımını kolaylaştırır.
Bu yeni 1550 nm SACM APD fotodedektörünün (çığ fotodedektörü) geliştirilmesi, alanda büyük bir atılımı temsil ediyor ve geleneksel APD fotodedektör (çığ fotodedektörü) tasarımlarındaki aşırı gürültü ve kazanç bant genişliği ürünleriyle ilgili temel sınırlamaları gideriyor. Bu yeniliğin, özellikle insansız LiDAR sistemlerinde ve serbest uzay iletişiminde LiDAR sistemlerinin yeteneklerini artırması bekleniyor.
Yayın tarihi: 13 Ocak 2025