Lavinefotodiode slår ydeevnerekord for LiDAR -modtagere

El- og computeringeniører ved University of Virginia og University of Texas-Austin har udviklet en lavinefotodiode, der opnåede rekordydelse og har potentiale til at transformere næste generations nattebilleddannelse og Light Detection and Ranging (LiDAR) modtagere. For LiDAR, holdets støjsvage, to-mikrometer lavinefotodiode muliggør drift med højere effekt, der er øjesikker.

Det fagfællebedømte papir, "Støjsvag høj temperatur AlInAsSb/GaSb lavine fotodioder til 2 μm applikationer, "blev offentliggjort den 18. maj, 2020, i Natur fotonik , en månedlig journal over den bedste forskning fra alle områder af lysgenerering, manipulation og afsløring.

Dette gennembrud kommer fra et mangeårigt samarbejde mellem Joe C. Campbell, Lucien Carr III Professor i elektrisk og computerteknik ved UVA, og Seth R. Bank, Cullen Trust Professor ved UT-Austin. Andrew H. Jones, en ph.d. i 2020 kandidat rådgivet af Campbell, og Stephen D. March, en ph.d. studerende i Banks forskningsgruppe, bidraget til forskningen. Teamets arbejde blev finansieret af Defense Advanced Research Projects Agency og Army Research Office.

Teamet brugte de nye optiske og elektriske egenskaber ved en digital legering skabt i Banks Laboratory for Advanced Semiconductor Epitaxy. Bank anvendte molekylær stråle epitaxy til at dyrke legeringen, består af aluminium, indium, arsen og antimon. Legeringen kombinerer langbølgelængdefølsomhed, ultra-lav støj, og den designfleksibilitet, der er nødvendig for at opnå lave mørke strømme, som ikke er tilgængelig med eksisterende lav-støj lavine fotodiode materialer teknologier.

"Vores evne til at kontrollere krystalvækstprocessen ned til den enkelte atomskala gør det muligt for os at syntetisere krystaller, der er forbudte i naturen, samt designe dem til samtidig at besidde den ideelle kombination af grundlæggende materialegenskaber, der er nødvendige for effektiv fotodetektion, "Sagde banken.

Holdets lavinefotodiode er en ideel løsning til kompakte, højfølsom LiDAR-modtagere. Mange LiDAR -applikationer, såsom robotik, autonome køretøjer, omfattende overvågning og terrænkortlægning, kræver højopløselige sensorer, der kan registrere stærkt svækkede optiske signaler, der reflekteres fra fjerne objekter. Øjesikkerhed har begrænset vedtagelsen af ​​disse næste generations LiDAR-systemer, imidlertid, fordi den nødvendige højere lasereffekt udgør en øget risiko for øjenskader.

"Vinduet på 2 mikrometer er ideelt til LiDAR-systemer, fordi det betragtes som øjensikkert og udvider detekteringsområdet." Sagde Campbell. "Jeg kan forestille mig, at vores lavinefotodiode påvirker adskillige nøgleteknologier, der drager fordel af detektorer med høj følsomhed."

Dette arbejde overføres til IQE for støberi og Lockheed Martin til at udvikle fotodioderarrays med aflæsningskredsløb. Fremtidigt arbejde på de to universiteter vil koncentrere sig om at opnå støjsvag drift ved nær stuetemperaturer, forlængelse af driftsbølgelængderne længere ind i infrarød, og skubber følsomheden til det enkelte fotoniveau.