Recenti progressi infotorivelatori a valanga ad alta sensibilità
Alta sensibilità a temperatura ambiente 1550 nmrivelatore a 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, gli attuali fotodiodi a valanga (APD) nel vicino infrarosso, dominati dai diodi a rottura a valanga di indio gallio arsenico (APD InGaAs), sono sempre stati limitati dal rumore di ionizzazione da collisione casuale dei materiali tradizionali della 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 si sono dedicati attivamente alla ricerca di nuovi materiali semiconduttori compatibili con i processi delle piattaforme optoelettroniche InGaAs e InP e che presentino prestazioni di rumore di ionizzazione da impatto estremamente basse, simili a quelle dei materiali al silicio massivo.
L'innovativo fotorivelatore a valanga da 1550 nm contribuisce allo 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 fotorivelatore APD ad altissima sensibilità da 1550 nm (fotorivelatore di 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 di forza di questa ricerca è l'uso innovativo dei materiali. I ricercatori hanno scelto GaAsSb come strato di assorbimento e AlGaAsSb come strato moltiplicatore. Questa configurazione si differenzia dalla tradizionale InGaAs/InP e offre vantaggi significativi:
1. Strato di assorbimento GaAsSb: il GaAsSb ha un coefficiente di assorbimento simile all'InGaAs e la transizione dallo strato di assorbimento GaAsSb all'AlGaAsSb (strato moltiplicatore) è più agevole, riducendo l'effetto di intrappolamento 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'ampia larghezza di banda e nel rumore in eccesso estremamente basso.
Con eccellenti indicatori di prestazione
Il nuovoFotorivelatore APD(rivelatore a fotodiodo a valanga) offre anche miglioramenti significativi nelle metriche di prestazione:
1. Guadagno ultra-elevato: Il guadagno ultra-elevato di 278 è stato raggiunto a temperatura ambiente e recentemente il Dr. 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 in eccesso molto basso (F < 3, guadagno M = 70; F < 4, guadagno M = 100).
3. Elevata efficienza quantica: al massimo guadagno, l'efficienza quantica raggiunge il 5935,3%. Forte stabilità termica: la sensibilità di rottura a bassa temperatura è di circa 11,83 mV/K.
Figura 1 Rumore eccessivo dell'APDdispositivi fotorivelatoririspetto ad altri fotorivelatori 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 elevato guadagno 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 fotorivelatore APD (fotorivelatore a valanga) è progettato per essere compatibile con le attuali piattaforme optoelettroniche al fosfuro di indio (InP), garantendo una perfetta integrazione 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'impiego in diverse applicazioni pratiche.
Lo sviluppo di questo nuovo fotorivelatore APD SACM da 1550 nm (fotorivelatore a valanga) rappresenta una svolta importante nel settore, superando le principali limitazioni associate al rumore eccessivo e al prodotto guadagno-larghezza di banda presenti nei tradizionali fotorivelatori APD (fotorivelatori a valanga). Si prevede che questa innovazione potenzierà le capacità dei sistemi liDAR, in particolare nei sistemi liDAR senza pilota, nonché nelle comunicazioni nello spazio libero.
Data di pubblicazione: 13 gennaio 2025