ഉയർന്ന സംവേദനക്ഷമതയുള്ള അവലാഞ്ച് ഫോട്ടോഡിറ്റക്ടറുകളിലെ സമീപകാല പുരോഗതികൾ

സമീപകാല മുന്നേറ്റങ്ങൾഉയർന്ന സംവേദനക്ഷമതയുള്ള അവലാഞ്ച് ഫോട്ടോഡിറ്റക്ടറുകൾ

മുറിയിലെ താപനില ഉയർന്ന സംവേദനക്ഷമത 1550 നാനോമീറ്റർഹിമപാത ഫോട്ടോഡയോഡ് ഡിറ്റക്ടർ

നിയർ ഇൻഫ്രാറെഡ് (SWIR) ബാൻഡിൽ, ഉയർന്ന സംവേദനക്ഷമതയുള്ള ഹൈ സ്പീഡ് അവലാഞ്ച് ഡയോഡുകൾ ഒപ്‌റ്റോഇലക്‌ട്രോണിക് കമ്മ്യൂണിക്കേഷനിലും liDAR ആപ്ലിക്കേഷനുകളിലും വ്യാപകമായി ഉപയോഗിക്കുന്നു. എന്നിരുന്നാലും, ഇൻഡിയം ഗാലിയം ആർസെനിക് അവലാഞ്ച് ബ്രേക്ക്ഡൗൺ ഡയോഡ് (InGaAs APD) ആധിപത്യം പുലർത്തുന്ന നിലവിലെ നിയർ-ഇൻഫ്രാറെഡ് അവലാഞ്ച് ഫോട്ടോഡയോഡ് (APD) പരമ്പരാഗത മൾട്ടിപ്ലയർ റീജിയൻ മെറ്റീരിയലുകളായ ഇൻഡിയം ഫോസ്ഫൈഡ് (InP), ഇൻഡിയം അലുമിനിയം ആർസെനിക് (InAlAs) എന്നിവയുടെ റാൻഡം കൊളീഷൻ അയോണൈസേഷൻ നോയ്‌സ് വഴി എല്ലായ്പ്പോഴും പരിമിതപ്പെടുത്തിയിരിക്കുന്നു, ഇത് ഉപകരണത്തിന്റെ സെൻസിറ്റിവിറ്റിയിൽ ഗണ്യമായ കുറവുണ്ടാക്കുന്നു. വർഷങ്ങളായി, നിരവധി ഗവേഷകർ InGaAs, InP ഒപ്‌റ്റോഇലക്‌ട്രോണിക് പ്ലാറ്റ്‌ഫോം പ്രക്രിയകളുമായി പൊരുത്തപ്പെടുന്നതും ബൾക്ക് സിലിക്കൺ മെറ്റീരിയലുകൾക്ക് സമാനമായ അൾട്രാ-ലോ ഇംപാക്റ്റ് അയോണൈസേഷൻ നോയ്‌സ് പ്രകടനമുള്ളതുമായ പുതിയ സെമികണ്ടക്ടർ മെറ്റീരിയലുകൾക്കായി സജീവമായി തിരയുന്നു.

നൂതനമായ 1550 nm അവലാഞ്ച് ഫോട്ടോഡയോഡ് ഡിറ്റക്ടർ LiDAR സിസ്റ്റങ്ങളുടെ വികസനത്തിന് സഹായിക്കുന്നു.

യുണൈറ്റഡ് കിംഗ്ഡത്തിലെയും അമേരിക്കയിലെയും ഒരു സംഘം ഗവേഷകർ ആദ്യമായി ഒരു പുതിയ അൾട്രാ-ഹൈ സെൻസിറ്റിവിറ്റി 1550 nm APD ഫോട്ടോഡിറ്റക്ടർ വിജയകരമായി വികസിപ്പിച്ചെടുത്തു (ഹിമപാത ഫോട്ടോഡിറ്റക്ടർ), LiDAR സിസ്റ്റങ്ങളുടെയും മറ്റ് ഒപ്റ്റോഇലക്ട്രോണിക് ആപ്ലിക്കേഷനുകളുടെയും പ്രകടനം വളരെയധികം മെച്ചപ്പെടുത്തുമെന്ന് വാഗ്ദാനം ചെയ്യുന്ന ഒരു മുന്നേറ്റം.

പുതിയ വസ്തുക്കൾ പ്രധാന ഗുണങ്ങൾ നൽകുന്നു

ഈ ഗവേഷണത്തിന്റെ പ്രത്യേകത വസ്തുക്കളുടെ നൂതന ഉപയോഗമാണ്. ഗവേഷകർ ആഗിരണം പാളിയായി GaAsSb ഉം ഗുണിത പാളിയായി AlGaAsSb ഉം തിരഞ്ഞെടുത്തു. പരമ്പരാഗത InGaAs/InP യിൽ നിന്ന് വ്യത്യസ്തമായി ഈ രൂപകൽപ്പന വ്യത്യസ്തമാണ്, കൂടാതെ കാര്യമായ ഗുണങ്ങൾ നൽകുന്നു:

1.GaAsSb ആഗിരണം പാളി: GaAsSb യ്ക്ക് InGaAs നോട് സമാനമായ ആഗിരണം ഗുണകം ഉണ്ട്, കൂടാതെ GaAsSb ആഗിരണം പാളിയിൽ നിന്ന് AlGaAsSb (മൾട്ടിപ്ലയർ പാളി) ലേക്ക് മാറുന്നത് എളുപ്പമാണ്, ഇത് ട്രാപ്പ് പ്രഭാവം കുറയ്ക്കുകയും ഉപകരണത്തിന്റെ വേഗതയും ആഗിരണം കാര്യക്ഷമതയും മെച്ചപ്പെടുത്തുകയും ചെയ്യുന്നു.

2.AlGaAsSb ഗുണിത പാളി: പ്രകടനത്തിൽ AlGaAsSb ഗുണിത പാളി പരമ്പരാഗത InP, InAlAs ഗുണിത പാളികളേക്കാൾ മികച്ചതാണ്. മുറിയിലെ താപനിലയിലെ ഉയർന്ന നേട്ടം, ഉയർന്ന ബാൻഡ്‌വിഡ്ത്ത്, വളരെ കുറഞ്ഞ അധിക ശബ്‌ദം എന്നിവയിലാണ് ഇത് പ്രധാനമായും പ്രതിഫലിക്കുന്നത്.

മികച്ച പ്രകടന സൂചകങ്ങളോടെ

പുതിയത്APD ഫോട്ടോഡിറ്റക്ടർ(അവലാഞ്ച് ഫോട്ടോഡയോഡ് ഡിറ്റക്ടർ) പ്രകടന മെട്രിക്കുകളിൽ കാര്യമായ മെച്ചപ്പെടുത്തലുകൾ വാഗ്ദാനം ചെയ്യുന്നു:

1. അൾട്രാ-ഹൈ ഗെയിൻ: മുറിയിലെ താപനിലയിൽ 278 എന്ന അൾട്രാ-ഹൈ ഗെയിൻ കൈവരിക്കാനായി, അടുത്തിടെ ഡോ. ജിൻ സിയാവോ ഘടന ഒപ്റ്റിമൈസേഷനും പ്രക്രിയയും മെച്ചപ്പെടുത്തി, പരമാവധി ഗെയിൻ M=1212 ആയി വർദ്ധിപ്പിച്ചു.

2. വളരെ കുറഞ്ഞ ശബ്ദം: വളരെ കുറഞ്ഞ അധിക ശബ്ദം കാണിക്കുന്നു (F < 3, ഗെയിൻ M = 70; F<4, ഗെയിൻ M=100).

3. ഉയർന്ന ക്വാണ്ടം കാര്യക്ഷമത: പരമാവധി നേട്ടത്തിന് കീഴിൽ, ക്വാണ്ടം കാര്യക്ഷമത 5935.3% വരെ ഉയർന്നതാണ്. ശക്തമായ താപനില സ്ഥിരത: താഴ്ന്ന താപനിലയിൽ ബ്രേക്ക്ഡൗൺ സെൻസിറ്റിവിറ്റി ഏകദേശം 11.83 mV/K ആണ്.

ചിത്രം 1 APD യുടെ അധിക ശബ്ദംഫോട്ടോഡിറ്റക്ടർ ഉപകരണങ്ങൾമറ്റ് APD ഫോട്ടോഡിറ്റക്ടറുകളുമായി താരതമ്യം ചെയ്യുമ്പോൾ

വിശാലമായ ആപ്ലിക്കേഷൻ സാധ്യതകൾ

ഈ പുതിയ APD liDAR സിസ്റ്റങ്ങൾക്കും ഫോട്ടോൺ ആപ്ലിക്കേഷനുകൾക്കും പ്രധാനപ്പെട്ട പ്രത്യാഘാതങ്ങൾ സൃഷ്ടിക്കുന്നു:

1. മെച്ചപ്പെട്ട സിഗ്നൽ-ടു-നോയ്‌സ് അനുപാതം: ഉയർന്ന നേട്ടവും കുറഞ്ഞ ശബ്‌ദ സവിശേഷതകളും സിഗ്നൽ-ടു-നോയ്‌സ് അനുപാതത്തെ ഗണ്യമായി മെച്ചപ്പെടുത്തുന്നു, ഇത് ഹരിതഗൃഹ വാതക നിരീക്ഷണം പോലുള്ള ഫോട്ടോൺ കുറഞ്ഞ പരിതസ്ഥിതികളിലെ പ്രയോഗങ്ങൾക്ക് നിർണായകമാണ്.

2. ശക്തമായ അനുയോജ്യത: നിലവിലുള്ള ഇൻഡിയം ഫോസ്ഫൈഡ് (InP) ഒപ്‌റ്റോഇലക്‌ട്രോണിക്സ് പ്ലാറ്റ്‌ഫോമുകളുമായി പൊരുത്തപ്പെടുന്ന തരത്തിലാണ് പുതിയ APD ഫോട്ടോഡിറ്റക്ടർ (അവലാഞ്ച് ഫോട്ടോഡിറ്റക്ടർ) രൂപകൽപ്പന ചെയ്‌തിരിക്കുന്നത്, ഇത് നിലവിലുള്ള വാണിജ്യ ആശയവിനിമയ സംവിധാനങ്ങളുമായി തടസ്സമില്ലാത്ത സംയോജനം ഉറപ്പാക്കുന്നു.

3. ഉയർന്ന പ്രവർത്തനക്ഷമത: സങ്കീർണ്ണമായ തണുപ്പിക്കൽ സംവിധാനങ്ങളില്ലാതെ മുറിയിലെ താപനിലയിൽ കാര്യക്ഷമമായി പ്രവർത്തിക്കാൻ ഇതിന് കഴിയും, വിവിധ പ്രായോഗിക പ്രയോഗങ്ങളിൽ വിന്യാസം ലളിതമാക്കുന്നു.

ഈ പുതിയ 1550 nm SACM APD ഫോട്ടോഡിറ്റക്ടറിന്റെ (അവലാഞ്ച് ഫോട്ടോഡിറ്റക്ടർ) വികസനം ഈ മേഖലയിലെ ഒരു പ്രധാന വഴിത്തിരിവാണ്, പരമ്പരാഗത APD ഫോട്ടോഡിറ്റക്ടർ (അവലാഞ്ച് ഫോട്ടോഡിറ്റക്ടർ) ഡിസൈനുകളിലെ അധിക ശബ്ദവും ഗെയിൻ ബാൻഡ്‌വിഡ്ത്ത് ഉൽപ്പന്നങ്ങളുമായി ബന്ധപ്പെട്ട പ്രധാന പരിമിതികളെ ഇത് പരിഹരിക്കുന്നു. ഈ നവീകരണം liDAR സിസ്റ്റങ്ങളുടെ കഴിവുകൾ വർദ്ധിപ്പിക്കുമെന്ന് പ്രതീക്ഷിക്കുന്നു, പ്രത്യേകിച്ച് ആളില്ലാ liDAR സിസ്റ്റങ്ങളിലും, സ്വതന്ത്ര-സ്ഥല ആശയവിനിമയങ്ങളിലും.