उच्च संवेदनशीलतेच्या हिमस्खलन फोटोडिटेक्टर्समधील अलीकडील प्रगती

अलिकडच्या काळात प्रगतीउच्च संवेदनशीलता हिमस्खलन फोटोडिटेक्टर्स

सामान्य तापमानावर उच्च संवेदनशीलता १५५० एनएमअ‍ॅव्हॅलेंच फोटोडायोड डिटेक्टर

जवळच्या इन्फ्रारेड (SWIR) बँडमध्ये, उच्च संवेदनशीलता आणि उच्च गती असलेले अव्हॅलेंच डायोड ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक कम्युनिकेशन आणि लिडार (liDAR) अनुप्रयोगांमध्ये मोठ्या प्रमाणावर वापरले जातात. तथापि, सध्याच्या जवळच्या-इन्फ्रारेड अव्हॅलेंच फोटोडायोडवर (APD) इंडियम गॅलियम आर्सेनिक अव्हॅलेंच ब्रेकडाउन डायोडचे (InGaAs APD) वर्चस्व आहे आणि तो नेहमीच पारंपरिक मल्टिप्लायर रीजन मटेरियल, इंडियम फॉस्फाइड (InP) आणि इंडियम ॲल्युमिनियम आर्सेनिक (InAlAs) यांच्या यादृच्छिक टक्कर आयनीकरण नॉईजमुळे मर्यादित राहिला आहे, ज्यामुळे डिव्हाइसच्या संवेदनशीलतेत लक्षणीय घट होते. गेल्या अनेक वर्षांपासून, अनेक संशोधक सक्रियपणे अशा नवीन सेमीकंडक्टर मटेरियलच्या शोधात आहेत जे InGaAs आणि InP ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक प्लॅटफॉर्म प्रक्रियांशी सुसंगत असतील आणि ज्यांची कामगिरी बल्क सिलिकॉन मटेरियलप्रमाणे अत्यंत कमी इम्पॅक्ट आयनीकरण नॉईजची असेल.

नाविन्यपूर्ण १५५० एनएम अव्हॅलेंच फोटोडायोड डिटेक्टर लिडार प्रणालींच्या विकासास मदत करतो.

युनायटेड किंगडम आणि युनायटेड स्टेट्समधील संशोधकांच्या एका संघाने प्रथमच एक नवीन अत्यंत उच्च संवेदनशील 1550 nm APD फोटोडिटेक्टर यशस्वीरित्या विकसित केला आहे.हिमस्खलन फोटोडिटेक्टर), एक महत्त्वपूर्ण शोध ज्यामुळे LiDAR प्रणाली आणि इतर ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक अनुप्रयोगांची कार्यक्षमता मोठ्या प्रमाणात सुधारण्याची शक्यता आहे.

नवीन सामग्री महत्त्वाचे फायदे देतात

या संशोधनाचे मुख्य वैशिष्ट्य म्हणजे सामग्रीचा नाविन्यपूर्ण वापर. संशोधकांनी शोषण थर म्हणून GaAsSb आणि गुणक थर म्हणून AlGaAsSb निवडले. ही रचना पारंपरिक InGaAs/InP पेक्षा वेगळी आहे आणि त्यामुळे महत्त्वपूर्ण फायदे मिळतात:

१. GaAsSb शोषण थर: GaAsSb चा शोषण गुणांक InGaAs सारखाच असतो, आणि GaAsSb शोषण थरापासून AlGaAsSb (गुणक थर) पर्यंतचे संक्रमण अधिक सोपे असते, ज्यामुळे ट्रॅप इफेक्ट कमी होतो आणि डिव्हाइसचा वेग व शोषण कार्यक्षमता सुधारते.

२. AlGaAsSb मल्टिप्लायर लेयर: AlGaAsSb मल्टिप्लायर लेयर कार्यक्षमतेच्या बाबतीत पारंपरिक InP आणि InAlAs मल्टिप्लायर लेयरपेक्षा श्रेष्ठ आहे. हे प्रामुख्याने सामान्य तापमानावर उच्च गेन, उच्च बँडविड्थ आणि अत्यंत कमी अतिरिक्त नॉईजमध्ये दिसून येते.

उत्कृष्ट कामगिरी निर्देशकांसह

नवीनAPD फोटोडिटेक्टर(ॲव्हलेंच फोटोडायोड डिटेक्टर) कार्यप्रदर्शन मापदंडांमध्ये देखील लक्षणीय सुधारणा प्रदान करतो:

१. अति-उच्च गेन: सामान्य तापमानावर २७८ चा अति-उच्च गेन मिळवण्यात आला होता, आणि अलीकडेच डॉ. जिन शाओ यांनी संरचना ऑप्टिमायझेशन आणि प्रक्रियेत सुधारणा करून, कमाल गेन M=१२१२ पर्यंत वाढवला.

२. खूप कमी आवाज: खूप कमी अतिरिक्त आवाज दर्शवते (F < 3, गेन M = 70; F<4, गेन M=100).

३. उच्च क्वांटम कार्यक्षमता: कमाल गेनच्या परिस्थितीत, क्वांटम कार्यक्षमता ५९३५.३% इतकी उच्च असते. मजबूत तापमान स्थिरता: कमी तापमानात ब्रेकडाउन संवेदनशीलता सुमारे ११.८३ mV/K असते.

आकृती १ APD चा अतिरिक्त गोंगाटफोटोडिटेक्टर उपकरणेइतर APD फोटोडिटेक्टरच्या तुलनेत

व्यापक अनुप्रयोग शक्यता

या नवीन APD चे liDAR प्रणाली आणि फोटॉन अनुप्रयोगांसाठी महत्त्वाचे परिणाम आहेत:

१. सुधारित सिग्नल-टू-नॉईज रेशो: उच्च गेन आणि कमी नॉईज वैशिष्ट्यांमुळे सिग्नल-टू-नॉईज रेशोमध्ये लक्षणीय सुधारणा होते, जे हरितगृह वायू निरीक्षणासारख्या फोटॉन-विरल वातावरणातील अनुप्रयोगांसाठी महत्त्वपूर्ण आहे.

२. उत्तम सुसंगतता: नवीन APD फोटोडिटेक्टर (ॲव्हलॅन्च फोटोडिटेक्टर) सध्याच्या इंडियम फॉस्फाइड (InP) ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक्स प्लॅटफॉर्मशी सुसंगत राहण्यासाठी डिझाइन केले आहे, ज्यामुळे विद्यमान व्यावसायिक कम्युनिकेशन सिस्टममध्ये अखंड एकीकरण सुनिश्चित होते.

३. उच्च परिचालन कार्यक्षमता: हे कोणत्याही गुंतागुंतीच्या शीतकरण यंत्रणेशिवाय सामान्य तापमानात कार्यक्षमतेने चालू शकते, ज्यामुळे विविध व्यावहारिक उपयोगांमध्ये त्याचा वापर सोपा होतो.

या नवीन १५५० एनएम एसएसीएम एपीडी फोटोडिटेक्टरचा (ॲव्हलॅन्च फोटोडिटेक्टर) विकास हे या क्षेत्रातील एक मोठे यश आहे. हे पारंपरिक एपीडी फोटोडिटेक्टर (ॲव्हलॅन्च फोटोडिटेक्टर) डिझाइनमधील अतिरिक्त नॉईज आणि गेन बँडविड्थ उत्पादनांशी संबंधित प्रमुख मर्यादा दूर करते. या नावीन्यपूर्ण शोधाने लिडार प्रणालींच्या, विशेषतः मानवरहित लिडार प्रणालींच्या, तसेच मुक्त-अवकाश संप्रेषणाच्या क्षमतांना चालना मिळण्याची अपेक्षा आहे.