उच्च संवेदनशीलता वाले हिमस्खलन फोटोडिटेक्टरों में हालिया प्रगति

हाल ही में हुई प्रगतिउच्च 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। हालाँकि, इंडियम गैलियम आर्सेनिक एवलांच ब्रेकडाउन डायोड (InGaAs APD) द्वारा संचालित वर्तमान निकट-अवरक्त एवलांच फोटोडायोड (APD) हमेशा पारंपरिक गुणक क्षेत्र सामग्रियों, इंडियम फॉस्फाइड (InP) और इंडियम एल्युमिनियम आर्सेनिक (InAlAs) के यादृच्छिक टक्कर आयनीकरण शोर द्वारा सीमित रहा है, जिसके परिणामस्वरूप उपकरण की संवेदनशीलता में उल्लेखनीय कमी आई है। वर्षों से, कई शोधकर्ता सक्रिय रूप से नए अर्धचालक पदार्थों की खोज कर रहे हैं जो InGaAs और InP ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक प्लेटफ़ॉर्म प्रक्रियाओं के अनुकूल हों और जिनमें बल्क सिलिकॉन पदार्थों के समान अति-निम्न प्रभाव आयनीकरण शोर प्रदर्शन हो।

अभिनव 1550 एनएम हिमस्खलन फोटोडायोड डिटेक्टर LiDAR प्रणालियों के विकास में मदद करता है

यूनाइटेड किंगडम और संयुक्त राज्य अमेरिका के शोधकर्ताओं की एक टीम ने पहली बार एक नया अति-उच्च संवेदनशीलता वाला 1550 एनएम एपीडी फोटोडिटेक्टर सफलतापूर्वक विकसित किया है।हिमस्खलन फोटोडिटेक्टर), एक ऐसी सफलता जो LiDAR प्रणालियों और अन्य ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक अनुप्रयोगों के प्रदर्शन में बहुत सुधार लाने का वादा करती है।

नई सामग्रियाँ प्रमुख लाभ प्रदान करती हैं

इस शोध का मुख्य आकर्षण पदार्थों का अभिनव उपयोग है। शोधकर्ताओं ने अवशोषण परत के रूप में GaAsSb और गुणक परत के रूप में AlGaAsSb को चुना। यह डिज़ाइन पारंपरिक InGaAs/InP से अलग है और इसके महत्वपूर्ण लाभ हैं:

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

2. AlGaAsSb गुणक परत: AlGaAsSb गुणक परत, प्रदर्शन के मामले में पारंपरिक InP और InAlAs गुणक परत से बेहतर है। यह मुख्य रूप से कमरे के तापमान पर उच्च लाभ, उच्च बैंडविड्थ और अति-निम्न अतिरिक्त शोर में परिलक्षित होता है।

उत्कृष्ट प्रदर्शन संकेतकों के साथ

नईएपीडी फोटोडिटेक्टर(हिमस्खलन फोटोडायोड डिटेक्टर) प्रदर्शन मेट्रिक्स 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 दिखाता है (F < 3, लाभ M = 70; F <4, लाभ M = 100)।

3. उच्च क्वांटम दक्षता: अधिकतम लाभ पर, क्वांटम दक्षता 5935.3% तक पहुँच जाती है। प्रबल तापमान स्थिरता: निम्न तापमान पर विखंडन संवेदनशीलता लगभग 11.83 mV/K होती है।

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

व्यापक अनुप्रयोग संभावनाएँ

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

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

2. मजबूत संगतता: नया एपीडी फोटोडिटेक्टर (हिमस्खलन फोटोडिटेक्टर) वर्तमान इंडियम फॉस्फाइड (आईएनपी) ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक्स प्लेटफार्मों 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 संचालित हो सकता है, जिससे विभिन्न व्यावहारिक अनुप्रयोगों में इसकी तैनाती सरल हो जाती है।

इस नए 1550 एनएम एसएसीएम एपीडी फोटोडिटेक्टर (हिमस्खलन फोटोडिटेक्टर) का विकास इस क्षेत्र में एक बड़ी सफलता का प्रतिनिधित्व करता है। यह पारंपरिक एपीडी फोटोडिटेक्टर (हिमस्खलन फोटोडिटेक्टर) डिज़ाइनों में अतिरिक्त शोर और लाभ बैंडविड्थ उत्पादों से जुड़ी प्रमुख सीमाओं को संबोधित करता है। इस नवाचार से लिडार प्रणालियों की क्षमताओं में वृद्धि होने की उम्मीद है, विशेष रूप से मानवरहित लिडार प्रणालियों के साथ-साथ मुक्त-स्थान संचार में भी।