Rezent Fortschrëtter anhéichempfindlech Lawinen-Fotodetektoren
Raumtemperatur héich Empfindlechkeet 1550 nmLawinen-Photodiodetektor
Am noen Infraroutband (SWIR) gi empfindlech Héichgeschwindegkeets-Lawinendioden wäit verbreet an optoelektronescher Kommunikatioun an LiDAR-Applikatiounen agesat. Déi aktuell noen Infrarout-Lawinenphotodiod (APD), déi vun der Indium-Gallium-Arsen-Lawinenduerchbrochdiod (InGaAs APD) dominéiert gëtt, war awer ëmmer duerch de Kollisiounsioniséierungsgeräisch vun den traditionelle Multiplikatorregiounsmaterialien, Indiumphosphid (InP) an Indiumaluminium-Arsen (InAlAs), limitéiert, wat zu enger bedeitender Reduktioun vun der Empfindlechkeet vum Apparat gefouert huet. Iwwer d'Jore sichen vill Fuerscher aktiv no neie Hallefleitmaterialien, déi kompatibel mat InGaAs- an InP-optoelektronesche Plattformprozesser sinn an eng ultra-niddrege Impaktioniséierungsgeräischleistung hunn, ähnlech wéi Bulk-Siliciummaterialien.
Den innovativen 1550 nm Lawinen-Photodiodetektor hëlleft bei der Entwécklung vu LiDAR-Systemer
En Team vu Fuerscher aus Groussbritannien an den USA huet fir d'éischt Kéier erfollegräich en neien ultra-héichempfindlechen 1550 nm APD Photodetektor entwéckelt (Lawinen-Fotodetektor), en Duerchbroch, deen versprécht, d'Leeschtung vu LiDAR-Systemer an aner optoelektronesch Uwendungen däitlech ze verbesseren.
Nei Materialien bidden wichteg Virdeeler
Den Héichpunkt vun dëser Fuerschung ass den innovativen Asaz vu Materialien. D'Fuerscher hunn GaAsSb als Absorptiounsschicht an AlGaAsSb als Multiplikatorschicht gewielt. Dësen Design ënnerscheet sech vun traditionellen InGaAs/InP a bréngt bedeitend Virdeeler:
1. GaAsSb-Absorptiounsschicht: GaAsSb huet e ähnlechen Absorptiounskoeffizient wéi InGaAs, an den Iwwergank vun der GaAsSb-Absorptiounsschicht op AlGaAsSb (Multiplikatorschicht) ass méi einfach, wouduerch den Falleffekt reduzéiert gëtt an d'Geschwindegkeet an d'Absorptiounseffizienz vum Apparat verbessert gëtt.
2. AlGaAsSb Multiplikatorschicht: D'AlGaAsSb Multiplikatorschicht ass wat d'Leeschtung ugeet besser wéi déi traditionell InP- an InAlAs-Multiplikatorschicht. Dëst spigelt sech haaptsächlech an engem héije Gewënn bei Raumtemperatur, enger héijer Bandbreet an engem extrem niddrege Rauscheniwwerschoss erëm.
Mat exzellenten Leeschtungsindikatoren
Déi neiAPD-Fotodetektor(Lawinen-Photodiodetektor) bitt och bedeitend Verbesserungen an de Leeschtungsmetriken:
1. Ultrahéije Gewënn: Den ultrahéije Gewënn vun 278 gouf bei Raumtemperatur erreecht, an viru kuerzem huet den Dr. Jin Xiao d'Strukturoptimiséierung an de Prozess verbessert, an de maximale Gewënn gouf op M=1212 erhéicht.
2. Ganz nidderegt Rauschen: weist ganz nidderegt Iwwerrauschen (F < 3, Verstärkung M = 70; F<4, Verstärkung M=100).
3. Héich Quanteneffizienz: ënner dem maximale Gewënn ass d'Quanteneffizienz bis zu 5935,3% héich. Staark Temperaturstabilitéit: d'Decompteempfindlechkeet bei niddreger Temperatur ass ongeféier 11,83 mV/K.
Fig. 1 Iwwerméissege Kaméidi vun der APDFotodetektor-Geräteram Verglach mat aneren APD Photodetektoren
Breet Uwendungsperspektiven
Dës nei APD huet wichteg Implikatioune fir LiDAR-Systemer a Photonenapplikatiounen:
1. Verbessert Signal-Rausch-Verhältnis: Déi héich Verstärkungs- a niddreg Rauschcharakteristike verbesseren d'Signal-Rausch-Verhältnis däitlech, wat fir Uwendungen a photonenarmen Ëmfeld, wéi zum Beispill d'Iwwerwaachung vu Treibhausgase, entscheedend ass.
2. Staark Kompatibilitéit: Den neien APD-Fotodetektor (Lawinenfotodetektor) ass entwéckelt fir kompatibel mat aktuellen Indiumphosphid (InP) Optoelektronikplattformen ze sinn, wat eng nahtlos Integratioun mat existente kommerzielle Kommunikatiounssystemer garantéiert.
3. Héich operationell Effizienz: Et kann effizient bei Raumtemperatur ouni komplex Killmechanismen funktionéieren, wat den Asaz a verschiddene prakteschen Uwendungen vereinfacht.
D'Entwécklung vun dësem neien 1550 nm SACM APD Photodetektor (Lawinenfotodetektor) stellt en Duerchbroch an dësem Beräich duer. Et adresséiert Schlësselbeschränkungen am Zesummenhang mat iwwerschëssegem Rauschen a Gewënnbandbreetprodukter an traditionellen APD Photodetektor (Lawinenfotodetektor) Designen. Et gëtt erwaart, datt dës Innovatioun d'Fäegkeete vu LiDAR Systemer, besonnesch an onbemannte LiDAR Systemer, souwéi d'Kommunikatioun am Fräiraum, verbessert.
Zäitpunkt vun der Verëffentlechung: 13. Januar 2025