Avances recentes en fotodetectores de avalanchas de alta sensibilidade

Avances recentes enfotodetectores de avalanchas de alta sensibilidade

Alta sensibilidade a temperatura ambiente 1550 nmdetector de fotodiodos de avalanchas

Na banda do infravermello próximo (SWIR), os díodos de avalancha de alta sensibilidade e alta velocidade úsanse amplamente en comunicacións optoelectrónicas e aplicacións liDAR. Non obstante, o fotodíodo de avalancha de infravermello próximo (APD) actual, dominado polo díodo de ruptura de avalancha de indio, galio e arsénico (InGaAs APD), sempre estivo limitado polo ruído de ionización por colisión aleatoria dos materiais tradicionais da rexión multiplicadora, o fosfuro de indio (InP) e o arsénico de indio e aluminio (InAlAs), o que resultou nunha redución significativa da sensibilidade do dispositivo. Ao longo dos anos, moitos investigadores buscaron activamente novos materiais semicondutores que sexan compatibles cos procesos das plataformas optoelectrónicas de InGaAs e InP e que teñan un rendemento de ruído de ionización de impacto ultrabaixo similar aos materiais de silicio a granel.

Fotodetector de avalanchas de alta sensibilidade, detector de fotodiodo de avalanchas, fotodetector de avalanchas, fotodetector APD, dispositivos fotodetectores, fotodetector APD, fotodetector APD de alta sensibilidade

O innovador detector de fotodiodos de avalanchas de 1550 nm axuda ao desenvolvemento de sistemas LiDAR

Un equipo de investigadores do Reino Unido e dos Estados Unidos desenvolveu con éxito por primeira vez un novo fotodetector APD de 1550 nm de sensibilidade ultraalta (fotodetector de avalanchas), un avance que promete mellorar enormemente o rendemento dos sistemas LiDAR e outras aplicacións optoelectrónicas.

 

Os novos materiais ofrecen vantaxes clave

O punto culminante desta investigación é o uso innovador dos materiais. Os investigadores escolleron GaAsSb como capa de absorción e AlGaAsSb como capa multiplicadora. Este deseño difire do InGaAs/InP tradicional e achega vantaxes significativas:

1. Capa de absorción de GaAsSb: GaAsSb ten un coeficiente de absorción similar ao de InGaAs, e a transición da capa de absorción de GaAsSb a AlGaAsSb (capa multiplicadora) é máis sinxela, o que reduce o efecto de trampa e mellora a velocidade e a eficiencia de absorción do dispositivo.

2. Capa multiplicadora de AlGaAsSb: a capa multiplicadora de AlGaAsSb é superior ás capas multiplicadoras tradicionais de InP e InAlAs en canto a rendemento. Isto reflíctese principalmente nunha alta ganancia a temperatura ambiente, un ancho de banda elevado e un exceso de ruído ultrabaixo.

 

Con excelentes indicadores de rendemento

O novoFotodetector APD(detector de fotodiodos de avalancha) tamén ofrece melloras significativas nas métricas de rendemento:

1. Ganancia ultraalta: A ganancia ultraalta de 278 conseguiuse a temperatura ambiente e, recentemente, o Dr. Jin Xiao mellorou a optimización da estrutura e o proceso, e a ganancia máxima aumentou a M=1212.

2. Ruído moi baixo: mostra un exceso de ruído moi baixo (F < 3, ganancia M = 70; F<4, ganancia M=100).

3. Alta eficiencia cuántica: coa ganancia máxima, a eficiencia cuántica chega ao 5935,3 %. Forte estabilidade á temperatura: a sensibilidade á avaría a baixa temperatura é duns 11,83 mV/K.

Figura 1 Exceso de ruído do APDdispositivos fotodetectoresen comparación con outros fotodetectores APD

Amplamente perspectivas de aplicación

Este novo APD ten importantes implicacións para os sistemas liDAR e as aplicacións fotónicas:

1. Relación sinal-ruído mellorada: as características de alta ganancia e baixo ruído melloran significativamente a relación sinal-ruído, o que é fundamental para aplicacións en contornas con poucos fotóns, como a monitorización de gases de efecto invernadoiro.

2. Forte compatibilidade: o novo fotodetector APD (fotodetector de avalancha) está deseñado para ser compatible coas plataformas optoelectrónicas de fosfuro de indio (InP) actuais, o que garante unha integración perfecta cos sistemas de comunicación comercial existentes.

3. Alta eficiencia operativa: pode funcionar eficientemente a temperatura ambiente sen mecanismos de refrixeración complexos, o que simplifica o despregamento en diversas aplicacións prácticas.

 

O desenvolvemento deste novo fotodetector APD SACM de 1550 nm (fotodetector de avalancha) representa un gran avance neste campo. Aborda as principais limitacións asociadas ao exceso de ruído e aos produtos de ancho de banda de ganancia nos deseños tradicionais de fotodetectores APD (fotodetectores de avalancha). Espérase que esta innovación impulse as capacidades dos sistemas liDAR, especialmente nos sistemas liDAR non tripulados, así como nas comunicacións no espazo libre.


Data de publicación: 13 de xaneiro de 2025