उच्च संवेदनशीलता वाले हिमस्खलन फोटोडिटेक्टरों में हालिया प्रगति

हाल की प्रगति मेंउच्च संवेदनशीलता वाले हिमस्खलन फोटोडिटेक्टर

कमरे के तापमान पर उच्च संवेदनशीलता 1550 एनएमहिमस्खलन फोटोडायोड डिटेक्टर

निकट अवरक्त (SWIR) बैंड में, उच्च संवेदनशीलता वाले उच्च गति वाले एवलांच डायोड का उपयोग ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक संचार और LiDAR अनुप्रयोगों में व्यापक रूप से किया जाता है। हालांकि, वर्तमान निकट-अवरक्त एवलांच फोटोडायोड (APD), जिसमें इंडियम गैलियम आर्सेनिक एवलांच ब्रेकडाउन डायोड (InGaAs APD) का प्रभुत्व है, पारंपरिक मल्टीप्लायर क्षेत्र सामग्री, इंडियम फॉस्फाइड (InP) और इंडियम एल्यूमीनियम आर्सेनिक (InAlAs) के यादृच्छिक टकराव आयनीकरण शोर से सीमित रहा है, जिसके परिणामस्वरूप उपकरण की संवेदनशीलता में काफी कमी आई है। वर्षों से, कई शोधकर्ता सक्रिय रूप से नई अर्धचालक सामग्री की खोज कर रहे हैं जो InGaAs और InP ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक प्लेटफॉर्म प्रक्रियाओं के अनुकूल हों और थोक सिलिकॉन सामग्री के समान अति-निम्न प्रभाव आयनीकरण शोर प्रदर्शन रखती हों।

यह नवोन्मेषी 1550 एनएम एवलांच फोटोडायोड डिटेक्टर लिडार सिस्टम के विकास में सहायक है।

यूनाइटेड किंगडम और संयुक्त राज्य अमेरिका के शोधकर्ताओं की एक टीम ने पहली बार सफलतापूर्वक एक नया अति-उच्च संवेदनशीलता वाला 1550 एनएम एपीडी फोटोडिटेक्टर विकसित किया है।हिमस्खलन फोटोडिटेक्टरयह एक ऐसी महत्वपूर्ण उपलब्धि है जो लिडार सिस्टम और अन्य ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक अनुप्रयोगों के प्रदर्शन में काफी सुधार करने का वादा करती है।

नई सामग्रियां महत्वपूर्ण लाभ प्रदान करती हैं

इस शोध की मुख्य विशेषता सामग्रियों का अभिनव उपयोग है। शोधकर्ताओं ने अवशोषण परत के रूप में GaAsSb और गुणक परत के रूप में AlGaAsSb का चयन किया। यह डिज़ाइन पारंपरिक InGaAs/InP से भिन्न है और इसके कई महत्वपूर्ण लाभ हैं:

1. GaAsSb अवशोषण परत: GaAsSb का अवशोषण गुणांक InGaAs के समान होता है, और GaAsSb अवशोषण परत से AlGaAsSb (गुणक परत) में संक्रमण आसान होता है, जिससे ट्रैप प्रभाव कम होता है और उपकरण की गति और अवशोषण दक्षता में सुधार होता है।

2. AlGaAsSb मल्टीप्लायर लेयर: AlGaAsSb मल्टीप्लायर लेयर प्रदर्शन में पारंपरिक InP और InAlAs मल्टीप्लायर लेयर से बेहतर है। यह मुख्य रूप से कमरे के तापमान पर उच्च गेन, उच्च बैंडविड्थ और अत्यंत कम अतिरिक्त शोर में परिलक्षित होता है।

उत्कृष्ट प्रदर्शन संकेतकों के साथ

नईएपीडी फोटोडिटेक्टर(हिमस्खलन फोटोडायोड डिटेक्टर) प्रदर्शन मापदंडों में भी महत्वपूर्ण सुधार प्रदान करता है:

1. अति-उच्च लाभ: कमरे के तापमान पर 278 का अति-उच्च लाभ प्राप्त किया गया था, और हाल ही में डॉ. जिन जिओ ने संरचना अनुकूलन और प्रक्रिया में सुधार किया, और अधिकतम लाभ को M=1212 तक बढ़ा दिया गया।

2. बहुत कम शोर: बहुत कम अतिरिक्त शोर दर्शाता है (F < 3, लाभ M = 70; F<4, लाभ M=100)।

3. उच्च क्वांटम दक्षता: अधिकतम लाभ के तहत, क्वांटम दक्षता 5935.3% तक होती है। मजबूत तापमान स्थिरता: कम तापमान पर ब्रेकडाउन संवेदनशीलता लगभग 11.83 mV/K है।

चित्र 1 एपीडी का अतिरिक्त शोरफोटोडिटेक्टर उपकरणअन्य एपीडी फोटोडिटेक्टर की तुलना में

व्यापक अनुप्रयोग संभावनाएं

इस नए APD का LiDAR सिस्टम और फोटॉन अनुप्रयोगों के लिए महत्वपूर्ण प्रभाव है:

1. बेहतर सिग्नल-टू-शोर अनुपात: उच्च लाभ और कम शोर की विशेषताएं सिग्नल-टू-शोर अनुपात में उल्लेखनीय सुधार करती हैं, जो ग्रीनहाउस गैस निगरानी जैसे फोटॉन-कम वातावरण में अनुप्रयोगों के लिए महत्वपूर्ण है।

2. मजबूत अनुकूलता: नया एपीडी फोटोडिटेक्टर (एवलॉन्च फोटोडिटेक्टर) मौजूदा इंडियम फॉस्फाइड (InP) ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक्स प्लेटफॉर्म के साथ संगत होने के लिए डिज़ाइन किया गया है, जो मौजूदा वाणिज्यिक संचार प्रणालियों के साथ सहज एकीकरण सुनिश्चित करता है।

3. उच्च परिचालन दक्षता: यह जटिल शीतलन तंत्र के बिना कमरे के तापमान पर कुशलतापूर्वक काम कर सकता है, जिससे विभिन्न व्यावहारिक अनुप्रयोगों में इसका उपयोग आसान हो जाता है।

इस नए 1550 एनएम एसएसीएम एपीडी फोटोडिटेक्टर (एवलॉन्च फोटोडिटेक्टर) का विकास इस क्षेत्र में एक महत्वपूर्ण उपलब्धि है। यह पारंपरिक एपीडी फोटोडिटेक्टर (एवलॉन्च फोटोडिटेक्टर) डिज़ाइनों में मौजूद अतिरिक्त शोर और गेन बैंडविड्थ उत्पादों से जुड़ी प्रमुख सीमाओं को दूर करता है। इस नवाचार से लिडार प्रणालियों, विशेष रूप से मानवरहित लिडार प्रणालियों, साथ ही मुक्त अंतरिक्ष संचार की क्षमताओं में वृद्धि होने की उम्मीद है।