ઉચ્ચ સંવેદનશીલતાવાળા હિમપ્રપાત ફોટોડિટેક્ટર્સમાં તાજેતરની પ્રગતિ

તાજેતરની પ્રગતિઓઉચ્ચ સંવેદનશીલતા હિમપ્રપાત ફોટોડિટેક્ટર્સ

ઓરડાના તાપમાને ઉચ્ચ સંવેદનશીલતા ૧૫૫૦ એનએમહિમપ્રપાત ફોટોડાયોડ ડિટેક્ટર

નજીકના ઇન્ફ્રારેડ (SWIR) બેન્ડમાં, ઉચ્ચ સંવેદનશીલતાવાળા હાઇ સ્પીડ હિમસ્ખલન ડાયોડનો ઉપયોગ ઓપ્ટોઇલેક્ટ્રોનિક કમ્યુનિકેશન અને liDAR એપ્લિકેશન્સમાં વ્યાપકપણે થાય છે. જો કે, ઇન્ડિયમ ગેલિયમ આર્સેનિક હિમસ્ખલન બ્રેકડાઉન ડાયોડ (InGaAs APD) દ્વારા પ્રભુત્વ ધરાવતો વર્તમાન નજીક-ઇન્ફ્રારેડ હિમસ્ખલન ફોટોડાયોડ (APD) હંમેશા પરંપરાગત ગુણક પ્રદેશ સામગ્રી, ઇન્ડિયમ ફોસ્ફાઇડ (InP) અને ઇન્ડિયમ એલ્યુમિનિયમ આર્સેનિક (InAlAs) ના રેન્ડમ અથડામણ આયનીકરણ અવાજ દ્વારા મર્યાદિત રહ્યો છે, જેના પરિણામે ઉપકરણની સંવેદનશીલતામાં નોંધપાત્ર ઘટાડો થયો છે. વર્ષોથી, ઘણા સંશોધકો સક્રિયપણે નવી સેમિકન્ડક્ટર સામગ્રી શોધી રહ્યા છે જે InGaAs અને InP ઓપ્ટોઇલેક્ટ્રોનિક પ્લેટફોર્મ પ્રક્રિયાઓ સાથે સુસંગત હોય અને બલ્ક સિલિકોન સામગ્રી જેવી જ અલ્ટ્રા-લો ઇમ્પેક્ટ આયનીકરણ અવાજ પ્રદર્શન ધરાવે છે.

નવીન 1550 nm હિમસ્ખલન ફોટોડાયોડ ડિટેક્ટર LiDAR સિસ્ટમ્સના વિકાસમાં મદદ કરે છે

યુનાઇટેડ કિંગડમ અને યુનાઇટેડ સ્ટેટ્સના સંશોધકોની એક ટીમે પ્રથમ વખત સફળતાપૂર્વક એક નવું અલ્ટ્રા-હાઇ સેન્સિટિવિટી 1550 nm APD ફોટોડિટેક્ટર વિકસાવ્યું છે (હિમપ્રપાત ફોટોડિટેક્ટર), એક સફળતા જે LiDAR સિસ્ટમ્સ અને અન્ય ઓપ્ટોઇલેક્ટ્રોનિક એપ્લિકેશન્સના પ્રદર્શનમાં મોટા પ્રમાણમાં સુધારો કરવાનું વચન આપે છે.

નવી સામગ્રી મુખ્ય ફાયદાઓ પ્રદાન કરે છે

આ સંશોધનની ખાસિયત એ છે કે સામગ્રીનો નવીન ઉપયોગ કરવામાં આવ્યો છે. સંશોધકોએ શોષણ સ્તર તરીકે GaAsSb અને ગુણક સ્તર તરીકે AlGaAsSb પસંદ કર્યા. આ ડિઝાઇન પરંપરાગત InGaAs/InP થી અલગ છે અને નોંધપાત્ર ફાયદા લાવે છે:

1.GaAsSb શોષણ સ્તર: GaAsSb માં InGaAs જેવો જ શોષણ ગુણાંક છે, અને GaAsSb શોષણ સ્તરથી AlGaAsSb (ગુણાકાર સ્તર) માં સંક્રમણ સરળ છે, જે ટ્રેપ અસર ઘટાડે છે અને ઉપકરણની ગતિ અને શોષણ કાર્યક્ષમતામાં સુધારો કરે છે.

2.AlGaAsSb ગુણક સ્તર: AlGaAsSb ગુણક સ્તર કામગીરીમાં પરંપરાગત InP અને InAlAs ગુણક સ્તર કરતાં શ્રેષ્ઠ છે. તે મુખ્યત્વે ઓરડાના તાપમાને ઉચ્ચ ગેઇન, ઉચ્ચ બેન્ડવિડ્થ અને અતિ-નીચા વધારાના અવાજમાં પ્રતિબિંબિત થાય છે.

ઉત્તમ કામગીરી સૂચકાંકો સાથે

નવુંAPD ફોટોડિટેક્ટર(એવલાન્ચ ફોટોોડિયોડ ડિટેક્ટર) પ્રદર્શન મેટ્રિક્સમાં પણ નોંધપાત્ર સુધારાઓ પ્રદાન કરે છે:

1. અલ્ટ્રા-હાઈ ગેઈન: ઓરડાના તાપમાને 278 નો અલ્ટ્રા-હાઈ ગેઈન પ્રાપ્ત થયો હતો, અને તાજેતરમાં ડૉ. જિન ઝિયાઓએ સ્ટ્રક્ચર ઑપ્ટિમાઇઝેશન અને પ્રક્રિયામાં સુધારો કર્યો હતો, અને મહત્તમ ગેઈન M=1212 સુધી વધારી દેવામાં આવ્યો હતો.

2. ખૂબ ઓછો અવાજ: ખૂબ ઓછો વધારાનો અવાજ દર્શાવે છે (F < 3, ગેઇન M = 70; F<4, ગેઇન M=100).

3. ઉચ્ચ ક્વોન્ટમ કાર્યક્ષમતા: મહત્તમ લાભ હેઠળ, ક્વોન્ટમ કાર્યક્ષમતા 5935.3% જેટલી ઊંચી છે. મજબૂત તાપમાન સ્થિરતા: નીચા તાપમાને ભંગાણ સંવેદનશીલતા લગભગ 11.83 mV/K છે.

આકૃતિ 1 APD નો વધારાનો અવાજફોટોડિટેક્ટર ઉપકરણોઅન્ય APD ફોટોડિટેક્ટર સાથે સરખામણી

વ્યાપક એપ્લિકેશન સંભાવનાઓ

આ નવા APD liDAR સિસ્ટમ્સ અને ફોટોન એપ્લિકેશન્સ માટે મહત્વપૂર્ણ અસરો ધરાવે છે:

1. સુધારેલ સિગ્નલ-ટુ-નોઈઝ રેશિયો: ઉચ્ચ ગેઇન અને ઓછા અવાજની લાક્ષણિકતાઓ સિગ્નલ-ટુ-નોઈઝ રેશિયોમાં નોંધપાત્ર સુધારો કરે છે, જે ગ્રીનહાઉસ ગેસ મોનિટરિંગ જેવા ફોટોન-નબળા વાતાવરણમાં એપ્લિકેશન માટે મહત્વપૂર્ણ છે.

2. મજબૂત સુસંગતતા: નવું APD ફોટોડિટેક્ટર (એવલાન્ચ ફોટોડિટેક્ટર) વર્તમાન ઇન્ડિયમ ફોસ્ફાઇડ (InP) ઓપ્ટોઇલેક્ટ્રોનિક્સ પ્લેટફોર્મ સાથે સુસંગત રહેવા માટે ડિઝાઇન કરવામાં આવ્યું છે, જે હાલની વાણિજ્યિક સંચાર પ્રણાલીઓ સાથે સીમલેસ એકીકરણ સુનિશ્ચિત કરે છે.

3. ઉચ્ચ કાર્યકારી કાર્યક્ષમતા: તે જટિલ ઠંડક પદ્ધતિઓ વિના ઓરડાના તાપમાને કાર્યક્ષમ રીતે કાર્ય કરી શકે છે, વિવિધ વ્યવહારુ એપ્લિકેશનોમાં જમાવટને સરળ બનાવે છે.

આ નવા 1550 nm SACM APD ફોટોડિટેક્ટર (એવલાન્ચ ફોટોડિટેક્ટર) નો વિકાસ આ ક્ષેત્રમાં એક મોટી સફળતાનું પ્રતિનિધિત્વ કરે છે, જે પરંપરાગત APD ફોટોડિટેક્ટર (એવલાન્ચ ફોટોડિટેક્ટર) ડિઝાઇનમાં વધારાના અવાજ અને ગેઇન બેન્ડવિડ્થ ઉત્પાદનો સાથે સંકળાયેલ મુખ્ય મર્યાદાઓને સંબોધે છે. આ નવીનતા liDAR સિસ્ટમ્સની ક્ષમતાઓને વધારવાની અપેક્ષા છે, ખાસ કરીને માનવરહિત liDAR સિસ્ટમોમાં, તેમજ ફ્રી-સ્પેસ કોમ્યુનિકેશન્સમાં.