Avances recientes enfotodetectores de avalanchas de alta sensibilidad
Alta sensibilidad a temperatura ambiente 1550 nmdetector de fotodiodo de avalancha
En la banda del infrarrojo cercano (SWIR), los diodos de avalancha de alta sensibilidad y alta velocidad se utilizan ampliamente en aplicaciones de comunicación optoelectrónica y lidar. Sin embargo, el fotodiodo de avalancha actual en el infrarrojo cercano (APD), dominado por el diodo de ruptura de avalancha de indio, galio y arsénico (InGaAs APD), siempre se ha visto limitado por el ruido de ionización por colisión aleatoria de los materiales tradicionales de la región multiplicadora, el fosfuro de indio (InP) y el arsénico de indio y aluminio (InAlAs), lo que resulta en una reducción significativa de la sensibilidad del dispositivo. A lo largo de los años, muchos investigadores han buscado activamente nuevos materiales semiconductores compatibles con los procesos de las plataformas optoelectrónicas InGaAs e InP y que tengan un rendimiento de ruido de ionización de impacto ultrabajo similar al de los materiales de silicio a granel.
El innovador detector de fotodiodo de avalancha de 1550 nm ayuda al desarrollo de sistemas LiDAR
Un equipo de investigadores del Reino Unido y Estados Unidos ha desarrollado con éxito por primera vez un nuevo fotodetector APD de 1550 nm de sensibilidad ultraalta (fotodetector de avalanchas), un avance que promete mejorar enormemente el rendimiento de los sistemas LiDAR y otras aplicaciones optoelectrónicas.
Los nuevos materiales ofrecen ventajas clave
Lo más destacado de esta investigación es el uso innovador de materiales. Los investigadores eligieron GaAsSb como capa de absorción y AlGaAsSb como capa multiplicadora. Este diseño difiere del tradicional InGaAs/InP y ofrece importantes ventajas:
1. Capa de absorción de GaAsSb: GaAsSb tiene un coeficiente de absorción similar al de InGaAs, y la transición de la capa de absorción de GaAsSb a AlGaAsSb (capa multiplicadora) es más fácil, lo que reduce el efecto trampa y mejora la velocidad y la eficiencia de absorción del dispositivo.
2. Capa multiplicadora de AlGaAsSb: La capa multiplicadora de AlGaAsSb ofrece un rendimiento superior al de las capas multiplicadoras tradicionales de InP e InAlAs. Esto se refleja principalmente en una alta ganancia a temperatura ambiente, un amplio ancho de banda y un ruido excesivo ultrabajo.
Con excelentes indicadores de desempeño
El nuevoFotodetector APD(detector de fotodiodo de avalancha) también ofrece mejoras significativas en las métricas de rendimiento:
1. Ganancia ultra alta: La ganancia ultra alta de 278 se logró a temperatura ambiente y, recientemente, el Dr. Jin Xiao mejoró la optimización de la estructura y el proceso, y la ganancia máxima se incrementó a M = 1212.
2. Ruido muy bajo: muestra un exceso de ruido muy bajo (F < 3, ganancia M = 70; F < 4, ganancia M = 100).
3. Alta eficiencia cuántica: con la ganancia máxima, la eficiencia cuántica alcanza el 5935,3 %. Gran estabilidad térmica: la sensibilidad a la ruptura a baja temperatura es de aproximadamente 11,83 mV/K.
Figura 1 Exceso de ruido del APDdispositivos fotodetectoresen comparación con otros fotodetectores APD
Amplias perspectivas de aplicación
Este nuevo APD tiene implicaciones importantes para los sistemas lidar y las aplicaciones de fotones:
1. Relación señal-ruido mejorada: las características de alta ganancia y bajo ruido mejoran significativamente la relación señal-ruido, lo cual es fundamental para aplicaciones en entornos pobres en fotones, como el monitoreo de gases de efecto invernadero.
2. Fuerte compatibilidad: el nuevo fotodetector APD (fotodetector de avalancha) está diseñado para ser compatible con las actuales plataformas optoelectrónicas de fosfuro de indio (InP), lo que garantiza una integración perfecta con los sistemas de comunicación comerciales existentes.
3. Alta eficiencia operativa: Puede funcionar eficientemente a temperatura ambiente sin mecanismos de enfriamiento complejos, lo que simplifica la implementación en diversas aplicaciones prácticas.
El desarrollo de este nuevo fotodetector APD SACM de 1550 nm (fotodetector de avalanchas) representa un avance significativo en este campo. Aborda las principales limitaciones asociadas con el exceso de ruido y la ganancia de ancho de banda en los diseños tradicionales de fotodetectores APD (fotodetectores de avalanchas). Se espera que esta innovación impulse las capacidades de los sistemas LIDAR, especialmente en sistemas LIDAR no tripulados, así como en las comunicaciones en espacio libre.
Hora de publicación: 13 de enero de 2025