התקדמות אחרונה בגלאי פוטואלקטריים בעלי רגישות גבוהה למפולות מפולת

התקדמות אחרונה בגלאי פוטו של מפולת שלגים בעלי רגישות גבוהה

רגישות גבוהה לטמפרטורת חדר 1550 ננומטרגלאי פוטודיודה של מפולת

בתחום האינפרא אדום הקרוב (SWIR), דיודות מפולת רגישות גבוהה במהירות גבוהה נמצאות בשימוש נרחב ביישומי תקשורת אופטו-אלקטרונית ו-liDAR. עם זאת, הפוטודיודה הנוכחית של מפולת (APD) באינפרא אדום קרוב, הנשלטת על ידי דיודת פירוק מפולת אינדיום גליום ארסן (InGaAs APD), תמיד הוגבלה על ידי רעש יינון התנגשות אקראית של חומרים מסורתיים של אזור מכפיל, אינדיום זרחן (InP) ואינדיום אלומיניום ארסן (InAlAs), וכתוצאה מכך ירידה משמעותית ברגישות המכשיר. במהלך השנים, חוקרים רבים מחפשים באופן פעיל אחר חומרי מוליכים למחצה חדשים התואמים לתהליכי פלטפורמת אופטו-אלקטרונית InGaAs ו-InP ובעלי ביצועי רעש יינון בעלי השפעה נמוכה במיוחד בדומה לחומרי סיליקון בתפזורת.

גלאי פוטודיודה חדשני של מפולת שלגים באורך 1550 ננומטר מסייע בפיתוח מערכות LiDAR

צוות חוקרים בבריטניה ובארצות הברית פיתח לראשונה בהצלחה גלאי פוטואלקטרי חדש בעל רגישות גבוהה במיוחד של 1550 ננומטר מסוג APD (גלאי פוטו של מפולת שלגים), פריצת דרך שמבטיחה לשפר משמעותית את ביצועי מערכות LiDAR ויישומים אופטואלקטרוניים אחרים.

חומרים חדשים מציעים יתרונות מרכזיים

גולת הכותרת של מחקר זה היא השימוש החדשני בחומרים. החוקרים בחרו ב-GaAsSb כשכבת ספיגה וב-AlGaAsSb כשכבת מכפיל. עיצוב זה שונה מ-InGaAs/InP מסורתיים ומביא יתרונות משמעותיים:

1. שכבת ספיגה של GaAsSb: ל-GaAsSb מקדם ספיגה דומה לזה של InGaAs, והמעבר משכבת ​​ספיגה של GaAsSb ל-AlGaAsSb (שכבת מכפיל) קל יותר, מה שמפחית את אפקט המלכודת ומשפר את המהירות ויעילות הספיגה של המכשיר.

2. שכבת מכפיל AlGaAsSb: שכבת המכפיל AlGaAsSb עדיפה בביצועים על שכבת המכפיל המסורתית InP ו-InAlAs. הדבר בא לידי ביטוי בעיקר בהגבר גבוה בטמפרטורת החדר, רוחב פס גבוה ורעש עודף נמוך במיוחד.

עם מדדי ביצועים מצוינים

החדשגלאי פוטו APD(גלאי פוטודיודה למפולות) מציע גם שיפורים משמעותיים במדדי ביצועים:

1. הגבר גבוה במיוחד: ההגבר הגבוה במיוחד של 278 הושג בטמפרטורת החדר, ולאחרונה ד"ר ג'ין שיאו שיפר את אופטימיזציית המבנה והתהליך, וההגבר המקסימלי הוגדל ל-M=1212.

2. רעש נמוך מאוד: מראה רעש עודף נמוך מאוד (F < 3, הגבר M = 70; F < 4, הגבר M=100).

3. יעילות קוונטית גבוהה: תחת הגבר מקסימלי, יעילות הקוונטית גבוהה עד 5935.3%. יציבות טמפרטורה חזקה: רגישות הפירוק בטמפרטורה נמוכה היא כ-11.83 mV/K.

איור 1 רעש עודף של APDהתקני גלאי אורבהשוואה לגלאי פוטו APD אחרים

סיכויי יישום רחבים

ל-APD החדש הזה השלכות חשובות על מערכות liDAR ויישומי פוטונים:

1. יחס אות לרעש משופר: מאפייני ההגבר הגבוה והרעש הנמוך משפרים משמעותית את יחס האות לרעש, שהוא קריטי עבור יישומים בסביבות עניות בפוטונים, כגון ניטור גזי חממה.

2. תאימות חזקה: גלאי הפוטו-אלקטרוניקה החדש של APD (גלאי מפולת שלגים) נועד להיות תואם לפלטפורמות אופטו-אלקטרוניקה קיימות של אינדיום פוספיד (InP), ובכך להבטיח אינטגרציה חלקה עם מערכות תקשורת מסחריות קיימות.

3. יעילות תפעולית גבוהה: הוא יכול לפעול ביעילות בטמפרטורת החדר ללא מנגנוני קירור מורכבים, מה שמפשט את הפריסה ביישומים מעשיים שונים.

פיתוחו של גלאי פוטו-גלאי SACM APD חדש זה (גלאי פוטו-גלאי מפולת) בתדר 1550 ננומטר מייצג פריצת דרך משמעותית בתחום. הוא מטפל במגבלות מרכזיות הקשורות לרעש עודף ולמוצרי רוחב פס של הגבר בתכנונים מסורתיים של גלאי פוטו-גלאי APD (גלאי פוטו-גלאי מפולת). חידוש זה צפוי לשפר את יכולותיהן של מערכות liDAR, במיוחד במערכות liDAR בלתי מאוישות, כמו גם את התקשורת במרחב חופשי.