అధిక సున్నితత్వ హిమపాత ఫోటోడెటెక్టర్లలో ఇటీవలి పురోగతులు

ఇటీవలి పురోగతులుఅధిక సున్నితత్వ హిమపాత ఫోటోడిటెక్టర్లు

గది ఉష్ణోగ్రత అధిక సున్నితత్వం 1550 nmహిమపాతం ఫోటోడయోడ్ డిటెక్టర్

నియర్ ఇన్‌ఫ్రారెడ్ (SWIR) బ్యాండ్‌లో, హై సెన్సిటివిటీ హై స్పీడ్ అవలాంచ్ డయోడ్‌లు ఆప్టోఎలక్ట్రానిక్ కమ్యూనికేషన్ మరియు liDAR అప్లికేషన్‌లలో విస్తృతంగా ఉపయోగించబడుతున్నాయి. అయితే, ఇండియం గాలియం ఆర్సెనిక్ అవలాంచ్ బ్రేక్‌డౌన్ డయోడ్ (InGaAs APD) ఆధిపత్యం వహించే ప్రస్తుత నియర్-ఇన్‌ఫ్రారెడ్ అవలాంచ్ ఫోటోడయోడ్ (APD) ఎల్లప్పుడూ సాంప్రదాయ గుణక ప్రాంత పదార్థాలైన ఇండియం ఫాస్ఫైడ్ (InP) మరియు ఇండియం అల్యూమినియం ఆర్సెనిక్ (InAlAs) యొక్క యాదృచ్ఛిక తాకిడి అయనీకరణ శబ్దం ద్వారా పరిమితం చేయబడింది, దీని ఫలితంగా పరికరం యొక్క సున్నితత్వం గణనీయంగా తగ్గుతుంది. సంవత్సరాలుగా, చాలా మంది పరిశోధకులు InGaAs మరియు InP ఆప్టోఎలక్ట్రానిక్ ప్లాట్‌ఫామ్ ప్రక్రియలకు అనుకూలంగా ఉండే మరియు బల్క్ సిలికాన్ పదార్థాల మాదిరిగానే అల్ట్రా-తక్కువ ప్రభావ అయనీకరణ శబ్ద పనితీరును కలిగి ఉన్న కొత్త సెమీకండక్టర్ పదార్థాల కోసం చురుకుగా వెతుకుతున్నారు.

వినూత్నమైన 1550 nm హిమపాతం ఫోటోడియోడ్ డిటెక్టర్ LiDAR వ్యవస్థల అభివృద్ధికి సహాయపడుతుంది.

యునైటెడ్ కింగ్‌డమ్ మరియు యునైటెడ్ స్టేట్స్‌లోని పరిశోధకుల బృందం మొదటిసారిగా కొత్త అల్ట్రా-హై సెన్సిటివిటీ 1550 nm APD ఫోటోడెటెక్టర్‌ను విజయవంతంగా అభివృద్ధి చేసింది (హిమపాతం ఫోటోడిటెక్టర్), ఇది LiDAR వ్యవస్థలు మరియు ఇతర ఆప్టోఎలక్ట్రానిక్ అప్లికేషన్ల పనితీరును బాగా మెరుగుపరుస్తుందని హామీ ఇచ్చే పురోగతి.

కొత్త పదార్థాలు కీలక ప్రయోజనాలను అందిస్తాయి

ఈ పరిశోధన యొక్క ముఖ్యాంశం పదార్థాల యొక్క వినూత్న వినియోగం. పరిశోధకులు GaAsSb ని శోషణ పొరగా మరియు AlGaAsSb ని గుణక పొరగా ఎంచుకున్నారు. ఈ డిజైన్ సాంప్రదాయ InGaAs/InP కి భిన్నంగా ఉంటుంది మరియు గణనీయమైన ప్రయోజనాలను తెస్తుంది:

1.GaAsSb శోషణ పొర: GaAsSb, InGaAs కు సమానమైన శోషణ గుణకాన్ని కలిగి ఉంటుంది మరియు GaAsSb శోషణ పొర నుండి AlGaAsSb (గుణక పొర) కు పరివర్తన సులభం, ట్రాప్ ప్రభావాన్ని తగ్గిస్తుంది మరియు పరికరం యొక్క వేగం మరియు శోషణ సామర్థ్యాన్ని మెరుగుపరుస్తుంది.

2.AlGaAsSb గుణక పొర: AlGaAsSb గుణక పొర పనితీరులో సాంప్రదాయ InP మరియు InAlAs గుణక పొరల కంటే మెరుగైనది. ఇది ప్రధానంగా గది ఉష్ణోగ్రత వద్ద అధిక లాభం, అధిక బ్యాండ్‌విడ్త్ మరియు అతి తక్కువ అదనపు శబ్దంలో ప్రతిబింబిస్తుంది.

అద్భుతమైన పనితీరు సూచికలతో

కొత్తAPD ఫోటోడిటెక్టర్(అవలాంచ్ ఫోటోడియోడ్ డిటెక్టర్) పనితీరు కొలమానాల్లో కూడా గణనీయమైన మెరుగుదలలను అందిస్తుంది:

1. అల్ట్రా-హై గెయిన్: గది ఉష్ణోగ్రత వద్ద 278 యొక్క అల్ట్రా-హై గెయిన్ సాధించబడింది మరియు ఇటీవల డాక్టర్ జిన్ జియావో స్ట్రక్చర్ ఆప్టిమైజేషన్ మరియు ప్రక్రియను మెరుగుపరిచారు మరియు గరిష్ట గెయిన్ M=1212కి పెంచబడింది.

2. చాలా తక్కువ శబ్దం: చాలా తక్కువ అదనపు శబ్దాన్ని చూపుతుంది (F < 3, లాభం M = 70; F<4, లాభం M=100).

3. అధిక క్వాంటం సామర్థ్యం: గరిష్ట లాభం కింద, క్వాంటం సామర్థ్యం 5935.3% వరకు ఉంటుంది. బలమైన ఉష్ణోగ్రత స్థిరత్వం: తక్కువ ఉష్ణోగ్రత వద్ద బ్రేక్‌డౌన్ సెన్సిటివిటీ దాదాపు 11.83 mV/K.

చిత్రం 1 APD యొక్క అదనపు శబ్దంఫోటోడిటెక్టర్ పరికరాలుఇతర APD ఫోటోడెటెక్టర్లతో పోలిస్తే

విస్తృత అప్లికేషన్ అవకాశాలు

ఈ కొత్త APD liDAR వ్యవస్థలు మరియు ఫోటాన్ అనువర్తనాలకు ముఖ్యమైన చిక్కులను కలిగి ఉంది:

1. మెరుగైన సిగ్నల్-టు-నాయిస్ నిష్పత్తి: అధిక లాభం మరియు తక్కువ శబ్ద లక్షణాలు సిగ్నల్-టు-నాయిస్ నిష్పత్తిని గణనీయంగా మెరుగుపరుస్తాయి, ఇది గ్రీన్‌హౌస్ వాయువు పర్యవేక్షణ వంటి ఫోటాన్-పేద వాతావరణాలలో అనువర్తనాలకు కీలకం.

2. బలమైన అనుకూలత: కొత్త APD ఫోటోడెటెక్టర్ (అవలాంచ్ ఫోటోడెటెక్టర్) ప్రస్తుత ఇండియం ఫాస్ఫైడ్ (InP) ఆప్టోఎలక్ట్రానిక్స్ ప్లాట్‌ఫామ్‌లకు అనుకూలంగా ఉండేలా రూపొందించబడింది, ఇది ఇప్పటికే ఉన్న వాణిజ్య కమ్యూనికేషన్ వ్యవస్థలతో సజావుగా ఏకీకరణను నిర్ధారిస్తుంది.

3. అధిక కార్యాచరణ సామర్థ్యం: ఇది సంక్లిష్ట శీతలీకరణ విధానాలు లేకుండా గది ఉష్ణోగ్రత వద్ద సమర్థవంతంగా పనిచేయగలదు, వివిధ ఆచరణాత్మక అనువర్తనాల్లో విస్తరణను సులభతరం చేస్తుంది.

ఈ కొత్త 1550 nm SACM APD ఫోటోడెటెక్టర్ (అవలాంచె ఫోటోడెటెక్టర్) అభివృద్ధి ఈ రంగంలో ఒక ప్రధాన పురోగతిని సూచిస్తుంది, సాంప్రదాయ APD ఫోటోడెటెక్టర్ (అవలాంచె ఫోటోడెటెక్టర్) డిజైన్లలో అదనపు శబ్దం మరియు గెయిన్ బ్యాండ్‌విడ్త్ ఉత్పత్తులతో సంబంధం ఉన్న కీలక పరిమితులను పరిష్కరిస్తుంది. ఈ ఆవిష్కరణ liDAR వ్యవస్థల సామర్థ్యాలను, ముఖ్యంగా మానవరహిత liDAR వ్యవస్థలలో, అలాగే ఫ్రీ-స్పేస్ కమ్యూనికేషన్‌లను పెంచుతుందని భావిస్తున్నారు.