Những tiến bộ gần đây về độ nhạy cao

Những tiến bộ gần đây trongĐộ nhạy cao Avalanche Photodetector

Nhiệt độ phòng nhạy cảm cao 1550nmMáy dò Photodiode Avalanche

Trong băng tần gần hồng ngoại (SWIR), các điốt tuyết lở tốc độ cao có độ nhạy cao được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng truyền thông quang điện tử và các ứng dụng LIDAR. Tuy nhiên, photodiode Avalanche (APD) gần như hiện tại bị chi phối bởi diode phân hủy tuyết lở arsenic indium gallium (IngaaS APD) luôn bị giới hạn bởi tiếng ồn ion va chạm ngẫu nhiên của vật liệu vùng đa năng truyền thống, indium phosphide (INP) và động mạch nhôm indium (INP) Inalas), dẫn đến giảm đáng kể độ nhạy của thiết bị. Trong những năm qua, nhiều nhà nghiên cứu đang tích cực tìm kiếm các vật liệu bán dẫn mới tương thích với các quy trình nền tảng quang điện tử IngaAs và INP và có hiệu suất nhiễu ion hóa cực thấp tương tự như vật liệu silicon số lượng lớn.

Máy dò Photodiode Avalanche 1550 NM sáng tạo giúp phát triển các hệ thống LIDAR

Một nhóm các nhà nghiên cứu ở Vương quốc Anh và Hoa Kỳ lần đầu tiên đã phát triển thành công một bộ phát quang APD APD 1550nm cực kỳ cao mới (Avalanche Photodetector), một bước đột phá hứa hẹn sẽ cải thiện đáng kể hiệu suất của các hệ thống LIDAR và các ứng dụng quang điện tử khác.

Vật liệu mới cung cấp lợi thế chính

Điểm nổi bật của nghiên cứu này là việc sử dụng vật liệu sáng tạo. Các nhà nghiên cứu đã chọn Gaassb làm lớp hấp thụ và tảo là lớp nhân. Thiết kế này khác với Ingaas/INP truyền thống và mang lại những lợi thế đáng kể:

1. Lớp hấp thụ GAASSB: GAASSB có hệ số hấp thụ tương tự như IngaAs và sự chuyển đổi từ lớp hấp thụ Gaassb sang AlgaassB (lớp nhân) dễ dàng hơn, giảm hiệu ứng bẫy và cải thiện tốc độ và hiệu quả hấp thụ của thiết bị.

2. Lớp số nhân ALGAASSB: Lớp nhân AlgaassB vượt trội hơn so với lớp nhân InP và inalas truyền thống trong hiệu suất. Nó chủ yếu được phản ánh ở mức tăng cao ở nhiệt độ phòng, băng thông cao và tiếng ồn vượt quá cực thấp.

Với các chỉ số hiệu suất tuyệt vời

MớiPhotodetector APD(Máy dò Avalanche Photodiode) cũng cung cấp những cải tiến đáng kể về số liệu hiệu suất:

1. Tăng siêu cao: mức tăng cực cao của 278 đã đạt được ở nhiệt độ phòng, và gần đây, Tiến sĩ Jin Xiao đã cải thiện quá trình và tối ưu hóa cấu trúc, và mức tăng tối đa đã tăng lên M = 1212.

2. Tiếng ồn rất thấp: hiển thị nhiễu dư rất thấp (f <3, tăng m = 70; f <4, tăng m = 100).

3. Hiệu suất lượng tử cao: Theo mức tăng tối đa, hiệu suất lượng tử cao tới 5935,3%. Độ ổn định nhiệt độ mạnh: Độ nhạy phân tích ở nhiệt độ thấp là khoảng 11,83 mV/k.

Hình 1 Tiếng ồn dư của APDThiết bị Photodetectorso với bộ quang điện APD khác

Triển vọng ứng dụng rộng

APD mới này có ý nghĩa quan trọng đối với các hệ thống LIDAR và các ứng dụng photon:

1. Tỷ lệ nhiễu tín hiệu được cải thiện: Tính tăng cao và đặc tính nhiễu thấp cải thiện đáng kể tỷ lệ tín hiệu trên tạp âm, rất quan trọng đối với các ứng dụng trong môi trường nghèo photon, như giám sát khí nhà kính.

2. Khả năng tương thích mạnh mẽ: Photodetector APD mới (Avalanche Photodetector) được thiết kế để tương thích với các nền tảng quang điện tử Indium Phosphide (INP) hiện tại, đảm bảo tích hợp liền mạch với các hệ thống truyền thông thương mại hiện có.

3. Hiệu quả hoạt động cao: Nó có thể hoạt động hiệu quả ở nhiệt độ phòng mà không cần cơ chế làm mát phức tạp, đơn giản hóa việc triển khai trong các ứng dụng thực tế khác nhau.

Sự phát triển của bộ quang điện quang APD SACM 1550nm (Avalanche) mới này thể hiện một bước đột phá lớn trong lĩnh vực này, giải quyết các hạn chế chính liên quan đến tiếng ồn dư thừa và tăng các sản phẩm băng thông trong thiết kế quang điện quang APD truyền thống (Avalanche Photodetector). Sự đổi mới này dự kiến ​​sẽ tăng khả năng của các hệ thống LIDAR, đặc biệt là trong các hệ thống LIDAR không người lái, cũng như truyền thông không gian tự do.