Les progrès récents enphotodétecteurs d'avalanche à haute sensibilité
Température ambiante haute sensibilité 1550 nmdétecteur de photodiode à avalanche
Dans la bande proche infrarouge (SWIR), les diodes à avalanche haute sensibilité et haute vitesse sont largement utilisées dans les applications de communication optoélectronique et de lidar. Cependant, la photodiode à avalanche proche infrarouge (APD) actuelle, dominée par la diode à claquage par avalanche Indium-gallium-arsenic (APD InGaAs), a toujours été limitée par le bruit d'ionisation par collision aléatoire des matériaux traditionnels des régions multiplicatrices, le phosphure d'indium (InP) et l'indium-aluminium-arsenic (InAlAs), ce qui entraîne une réduction significative de la sensibilité du dispositif. Au fil des ans, de nombreux chercheurs recherchent activement de nouveaux matériaux semi-conducteurs compatibles avec les procédés des plateformes optoélectroniques InGaAs et InP et présentant des performances en termes de bruit d'ionisation à très faible impact, similaires à celles des matériaux en silicium massif.
Le détecteur innovant de photodiode à avalanche de 1550 nm contribue au développement des systèmes LiDAR
Une équipe de chercheurs du Royaume-Uni et des États-Unis a développé pour la première fois avec succès un nouveau photodétecteur APD à ultra-haute sensibilité de 1550 nm (photodétecteur d'avalanche), une avancée qui promet d’améliorer considérablement les performances des systèmes LiDAR et d’autres applications optoélectroniques.
Les nouveaux matériaux offrent des avantages clés
Le point fort de cette recherche réside dans l'utilisation innovante des matériaux. Les chercheurs ont choisi le GaAsSb comme couche d'absorption et l'AlGaAsSb comme couche multiplicatrice. Cette conception diffère des matériaux InGaAs/InP traditionnels et présente des avantages significatifs :
1. Couche d'absorption GaAsSb : GaAsSb a un coefficient d'absorption similaire à InGaAs, et la transition de la couche d'absorption GaAsSb à AlGaAsSb (couche multiplicatrice) est plus facile, réduisant l'effet de piège et améliorant la vitesse et l'efficacité d'absorption du dispositif.
2. Couche multiplicatrice AlGaAsSb : les performances de la couche multiplicatrice AlGaAsSb sont supérieures à celles des couches multiplicatrices InP et InAlAs traditionnelles. Cela se traduit principalement par un gain élevé à température ambiante, une bande passante élevée et un bruit excédentaire extrêmement faible.
Avec d'excellents indicateurs de performance
Le nouveauPhotodétecteur APD(détecteur de photodiode à avalanche) offre également des améliorations significatives en termes de performances :
1. Gain ultra-élevé : Le gain ultra-élevé de 278 a été atteint à température ambiante, et récemment le Dr Jin Xiao a amélioré l'optimisation de la structure et le processus, et le gain maximal a été augmenté à M=1212.
2. Très faible bruit : présente un très faible excès de bruit (F < 3, gain M = 70 ; F < 4, gain M = 100).
3. Rendement quantique élevé : sous le gain maximal, le rendement quantique atteint 5 935,3 %. Forte stabilité en température : la sensibilité au claquage à basse température est d'environ 11,83 mV/K.
Fig 1 Excès de bruit de l'APDdispositifs photodétecteurscomparé à d'autres photodétecteurs APD
De vastes perspectives d'application
Cette nouvelle APD a des implications importantes pour les systèmes lidar et les applications photoniques :
1. Rapport signal/bruit amélioré : les caractéristiques de gain élevé et de faible bruit améliorent considérablement le rapport signal/bruit, ce qui est essentiel pour les applications dans des environnements pauvres en photons, comme la surveillance des gaz à effet de serre.
2. Forte compatibilité : le nouveau photodétecteur APD (photodétecteur à avalanche) est conçu pour être compatible avec les plates-formes optoélectroniques actuelles au phosphure d'indium (InP), garantissant une intégration transparente avec les systèmes de communication commerciaux existants.
3. Efficacité opérationnelle élevée : il peut fonctionner efficacement à température ambiante sans mécanismes de refroidissement complexes, simplifiant le déploiement dans diverses applications pratiques.
Le développement de ce nouveau photodétecteur APD (photodétecteur à avalanche) SACM 1550 nm représente une avancée majeure dans ce domaine. Il répond aux principales limitations liées au bruit excessif et aux produits de gain de bande passante des photodétecteurs APD (photodétecteurs à avalanche) traditionnels. Cette innovation devrait accroître les capacités des systèmes LiDAR, notamment des systèmes LiDAR sans pilote, ainsi que des communications en espace libre.
Date de publication : 13 janvier 2025