Recenti progressi infotodetector per valanghe ad alta sensibilità
Alta sensibilità a temperatura ambiente 1550 nmrilevatore di fotodiodo a valanga
Nella banda del vicino infrarosso (SWIR), i diodi a valanga ad alta sensibilità e alta velocità sono ampiamente utilizzati nelle comunicazioni optoelettroniche e nelle applicazioni liDAR. Tuttavia, l'attuale fotodiodo a valanga nel vicino infrarosso (APD), dominato dal diodo a valanga di rottura in Indio Gallio Arsenico (APD InGaAs), è sempre stato limitato dal rumore di ionizzazione da collisione casuale dei tradizionali materiali a regione moltiplicatrice, fosfuro di indio (InP) e indio alluminio arsenico (InAlAs), con conseguente significativa riduzione della sensibilità del dispositivo. Nel corso degli anni, molti ricercatori sono attivamente alla ricerca di nuovi materiali semiconduttori compatibili con i processi delle piattaforme optoelettroniche in InGaAs e InP e con prestazioni a bassissimo impatto sul rumore di ionizzazione, simili a quelle dei materiali in silicio bulk.
L'innovativo rilevatore fotodiodo a valanga da 1550 nm aiuta lo sviluppo dei sistemi LiDAR
Un team di ricercatori nel Regno Unito e negli Stati Uniti ha sviluppato per la prima volta con successo un nuovo fotodiodo APD a 1550 nm ad altissima sensibilità (fotodetector per valanghe), una svolta che promette di migliorare notevolmente le prestazioni dei sistemi LiDAR e di altre applicazioni optoelettroniche.
I nuovi materiali offrono vantaggi chiave
Il punto forte di questa ricerca è l'uso innovativo dei materiali. I ricercatori hanno scelto GaAsSb come strato di assorbimento e AlGaAsSb come strato moltiplicatore. Questo design si differenzia dai tradizionali InGaAs/InP e offre vantaggi significativi:
1. Strato di assorbimento GaAsSb: GaAsSb ha un coefficiente di assorbimento simile a InGaAs e la transizione dallo strato di assorbimento GaAsSb ad AlGaAsSb (strato moltiplicatore) è più semplice, riducendo l'effetto trappola e migliorando la velocità e l'efficienza di assorbimento del dispositivo.
2. Strato moltiplicatore AlGaAsSb: lo strato moltiplicatore AlGaAsSb offre prestazioni superiori rispetto ai tradizionali strati moltiplicatori InP e InAlAs. Ciò si riflette principalmente nell'elevato guadagno a temperatura ambiente, nell'elevata larghezza di banda e nel bassissimo rumore di eccesso.
Con ottimi indicatori di performance
Il nuovoFotodiodo APD(rilevatore di fotodiodo a valanga) offre anche miglioramenti significativi nelle metriche delle prestazioni:
1. Guadagno ultra-elevato: il guadagno ultra-elevato di 278 è stato ottenuto a temperatura ambiente e di recente il Dott. Jin Xiao ha migliorato l'ottimizzazione della struttura e il processo e il guadagno massimo è stato aumentato a M=1212.
2. Rumore molto basso: mostra un rumore di eccesso molto basso (F < 3, guadagno M = 70; F < 4, guadagno M = 100).
3. Elevata efficienza quantica: al massimo guadagno, l'efficienza quantica arriva fino al 5935,3%. Elevata stabilità della temperatura: la sensibilità alla rottura a bassa temperatura è di circa 11,83 mV/K.
Fig 1 Rumore eccessivo dell'APDdispositivi fotodetectoririspetto ad altri fotodetettori APD
Ampie prospettive di applicazione
Questo nuovo APD ha importanti implicazioni per i sistemi liDAR e le applicazioni fotoniche:
1. Rapporto segnale/rumore migliorato: le caratteristiche di guadagno elevato e basso rumore migliorano significativamente il rapporto segnale/rumore, fondamentale per le applicazioni in ambienti poveri di fotoni, come il monitoraggio dei gas serra.
2. Elevata compatibilità: il nuovo fotodiodo APD (fotodiodo a valanga) è progettato per essere compatibile con le attuali piattaforme optoelettroniche al fosfuro di indio (InP), garantendo un'integrazione perfetta con i sistemi di comunicazione commerciali esistenti.
3. Elevata efficienza operativa: può funzionare in modo efficiente a temperatura ambiente senza complessi meccanismi di raffreddamento, semplificando l'implementazione in varie applicazioni pratiche.
Lo sviluppo di questo nuovo fotodiodo SACM APD (fotodiodo a valanga) da 1550 nm rappresenta un'importante svolta nel settore, risolvendo i principali limiti associati al rumore in eccesso e al guadagno di banda nei tradizionali progetti di fotodiodo APD (fotodiodo a valanga). Si prevede che questa innovazione amplificherà le capacità dei sistemi liDAR, in particolare nei sistemi liDAR senza pilota, nonché nelle comunicazioni in spazio libero.
Data di pubblicazione: 13-gen-2025