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 a 1550 nm ad altissima sensibilità (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