მაღალი მგრძნობელობის ზვავის ფოტოდეტექტორების ბოლოდროინდელი მიღწევები

ბოლოდროინდელი მიღწევებიმაღალი მგრძნობელობის ზვავის ფოტოდეტექტორები

ოთახის ტემპერატურის მაღალი მგრძნობელობა 1550 ნმზვავის ფოტოდიოდის დეტექტორი

ახლო ინფრაწითელ (SWIR) დიაპაზონში, მაღალი მგრძნობელობის მაღალსიჩქარიანი ზვავის დიოდები ფართოდ გამოიყენება ოპტოელექტრონულ კომუნიკაციასა და liDAR აპლიკაციებში. თუმცა, ამჟამინდელი ახლო ინფრაწითელი ზვავის ფოტოდიოდი (APD), რომელშიც დომინირებს ინდიუმის გალიუმის დარიშხანის ზვავის დაშლის დიოდი (InGaAs APD), ყოველთვის შეზღუდული იყო ტრადიციული მულტიპლიკატორის რეგიონის მასალების, ინდიუმის ფოსფიდის (InP) და ინდიუმის ალუმინის დარიშხანის (InAlAs) შემთხვევითი შეჯახების იონიზაციის ხმაურით, რაც იწვევს მოწყობილობის მგრძნობელობის მნიშვნელოვან შემცირებას. წლების განმავლობაში, ბევრი მკვლევარი აქტიურად ეძებს ახალ ნახევარგამტარულ მასალებს, რომლებიც თავსებადია InGaAs-ისა და InP ოპტოელექტრონული პლატფორმის პროცესებთან და აქვთ ულტრადაბალი ზემოქმედების იონიზაციის ხმაურის მახასიათებლები, მსგავსი ნაყარი სილიციუმის მასალებისა.

ინოვაციური 1550 ნმ ზვავის ფოტოდიოდის დეტექტორი ხელს უწყობს LiDAR სისტემების განვითარებას.

გაერთიანებული სამეფოსა და ამერიკის შეერთებული შტატების მკვლევართა ჯგუფმა პირველად წარმატებით შეიმუშავა ახალი ულტრამაღალი მგრძნობელობის 1550 ნმ APD ფოტოდეტექტორი (ზვავის ფოტოდეტექტორი), გარღვევა, რომელიც LiDAR სისტემების და სხვა ოპტოელექტრონული აპლიკაციების მუშაობას მნიშვნელოვნად გააუმჯობესებს.

ახალი მასალები მნიშვნელოვან უპირატესობებს გვთავაზობს

ამ კვლევის მთავარი ღირსება მასალების ინოვაციური გამოყენებაა. მკვლევარებმა შთანთქმის ფენად GaAsSb აირჩიეს, ხოლო გამრავლების ფენად AlGaAsSb. ეს დიზაინი განსხვავდება ტრადიციული InGaAs/InP-სგან და მნიშვნელოვან უპირატესობებს გვთავაზობს:

1. GaAsSb შთანთქმის ფენა: GaAsSb-ს აქვს InGaAs-ის მსგავსი შთანთქმის კოეფიციენტი და GaAsSb შთანთქმის ფენიდან AlGaAsSb-ზე (გამრავლების ფენა) გადასვლა უფრო ადვილია, რაც ამცირებს ხაფანგის ეფექტს და აუმჯობესებს მოწყობილობის სიჩქარეს და შთანთქმის ეფექტურობას.

2. AlGaAsSb გამრავლების ფენა: AlGaAsSb გამრავლების ფენა თავისი მუშაობით აღემატება ტრადიციულ InP და InAlAs გამრავლების ფენას. ეს ძირითადად გამოიხატება ოთახის ტემპერატურაზე მაღალ გაძლიერებაში, მაღალ გამტარუნარიანობასა და ულტრადაბალ ჭარბ ხმაურში.

შესანიშნავი შესრულების ინდიკატორებით

ახალიAPD ფოტოდეტექტორი(ზვავის ფოტოდიოდური დეტექტორი) ასევე გთავაზობთ მნიშვნელოვან გაუმჯობესებას შესრულების მეტრიკაში:

1. ულტრამაღალი მომატება: 278-ის ულტრამაღალი მომატება მიღწეული იქნა ოთახის ტემპერატურაზე, ხოლო ცოტა ხნის წინ დოქტორ ჯინ სიაომ გააუმჯობესა სტრუქტურის ოპტიმიზაცია და პროცესი და მაქსიმალური მომატება გაიზარდა M=1212-მდე.

2. ძალიან დაბალი ხმაური: აჩვენებს ძალიან დაბალ ჭარბ ხმაურს (F < 3, გაძლიერება M = 70; F<4, გაძლიერება M=100).

3. მაღალი კვანტური ეფექტურობა: მაქსიმალური გაძლიერების პირობებში, კვანტური ეფექტურობა 5935.3%-ს აღწევს. ძლიერი ტემპერატურული სტაბილურობა: დაბალ ტემპერატურაზე დაშლის მგრძნობელობა დაახლოებით 11.83 mV/K-ია.

სურ. 1. APD-ის ჭარბი ხმაურიფოტოდეტექტორის მოწყობილობებისხვა APD ფოტოდეტექტორებთან შედარებით

ფართო გამოყენების პერსპექტივები

ამ ახალ APD-ს მნიშვნელოვანი შედეგები მოჰყვება liDAR სისტემებისა და ფოტონების გამოყენებისთვის:

1. გაუმჯობესებული სიგნალი-ხმაურის თანაფარდობა: მაღალი გამაძლიერებელი და დაბალი ხმაურის მახასიათებლები მნიშვნელოვნად აუმჯობესებს სიგნალი-ხმაურის თანაფარდობას, რაც კრიტიკულად მნიშვნელოვანია ფოტონებით ღარიბ გარემოში გამოყენებისთვის, როგორიცაა სათბურის გაზების მონიტორინგი.

2. ძლიერი თავსებადობა: ახალი APD ფოტოდეტექტორი (ზვავის ფოტოდეტექტორი) შექმნილია ინდიუმის ფოსფიდის (InP) ოპტოელექტრონიკის არსებულ პლატფორმებთან თავსებადობისთვის, რაც უზრუნველყოფს არსებულ კომერციულ საკომუნიკაციო სისტემებთან შეუფერხებელ ინტეგრაციას.

3. მაღალი ოპერაციული ეფექტურობა: მას შეუძლია ეფექტურად იმუშაოს ოთახის ტემპერატურაზე რთული გაგრილების მექანიზმების გარეშე, რაც ამარტივებს განლაგებას სხვადასხვა პრაქტიკულ გამოყენებაში.

ამ ახალი 1550 ნმ SACM APD ფოტოდეტექტორის (ზვავის ფოტოდეტექტორი) შემუშავება წარმოადგენს მნიშვნელოვან გარღვევას ამ სფეროში. ის აგვარებს ძირითად შეზღუდვებს, რომლებიც დაკავშირებულია ჭარბ ხმაურთან და გამტარუნარიანობის მომატებასთან ტრადიციულ APD ფოტოდეტექტორებში (ზვავის ფოტოდეტექტორი). მოსალოდნელია, რომ ეს ინოვაცია გაზრდის liDAR სისტემების შესაძლებლობებს, განსაკუთრებით უპილოტო liDAR სისტემებში, ასევე თავისუფალი სივრცის კომუნიკაციებში.