မြင့်မားသော အာရုံခံနိုင်စွမ်းရှိသော နှင်းလျှောစီး ဓာတ်ပုံထောက်လှမ်းကိရိယာများတွင် လတ်တလောတိုးတက်မှုများ

မကြာသေးမီက တိုးတက်မှုများတွင်မြင့်မားသော အာရုံခံနိုင်စွမ်းရှိသော နှင်းလျှောစီး ဓာတ်ပုံထောက်လှမ်းကိရိယာများ

အခန်းအပူချိန် မြင့်မားသော အာရုံခံနိုင်စွမ်း 1550 nmနှင်းလျှောစီးဖိုတိုဒိုင်အိုဒိုက် ရှာဖွေစက်

near infrared (SWIR) band တွင်၊ အာရုံခံနိုင်စွမ်းမြင့်မားသော မြန်နှုန်းမြင့် avalanche diode များကို optoelectronic ဆက်သွယ်ရေးနှင့် liDAR အပလီကေးရှင်းများတွင် ကျယ်ကျယ်ပြန့်ပြန့်အသုံးပြုကြသည်။ သို့သော်၊ Indium gallium arsenic avalanche breakdown diode (InGaAs APD) လွှမ်းမိုးထားသော လက်ရှိ near-infrared avalanche photodiode (APD) သည် ရိုးရာ multiplier region ပစ္စည်းများ၊ indium phosphide (InP) နှင့် indium aluminum arsenic (InAlAs) များ၏ random collision ionization noise ကြောင့် အမြဲတမ်းကန့်သတ်ခံထားရပြီး device ၏ အာရုံခံနိုင်စွမ်းကို သိသိသာသာလျော့ကျစေသည်။ နှစ်များတစ်လျှောက်၊ သုတေသီများစွာသည် InGaAs နှင့် InP optoelectronic platform လုပ်ငန်းစဉ်များနှင့် တွဲဖက်အသုံးပြုနိုင်ပြီး bulk silicon ပစ္စည်းများနှင့်ဆင်တူသော ultra-low impact ionization noise စွမ်းဆောင်ရည်ရှိသော semiconductor ပစ္စည်းအသစ်များကို တက်ကြွစွာရှာဖွေနေကြသည်။

ဆန်းသစ်သော 1550 nm avalanche photodiode detector သည် LiDAR စနစ်များ ဖွံ့ဖြိုးတိုးတက်မှုကို အထောက်အကူပြုသည်

ယူနိုက်တက်ကင်းဒမ်းနှင့် အမေရိကန်ပြည်ထောင်စုမှ သုတေသီအဖွဲ့တစ်ဖွဲ့သည် အလွန်မြင့်မားသော အာရုံခံနိုင်စွမ်း 1550 nm APD ဖိုတိုဒိုင်တာအသစ်ကို ပထမဆုံးအကြိမ် အောင်မြင်စွာ တီထွင်နိုင်ခဲ့သည် (နှင်းထုပြိုကျမှု ဓာတ်ပုံထောက်လှမ်းကိရိယာ) LiDAR စနစ်များနှင့် အခြား optoelectronic application များ၏ စွမ်းဆောင်ရည်ကို သိသိသာသာ တိုးတက်ကောင်းမွန်စေမည်ဟု ကတိပြုသည့် တိုးတက်မှုတစ်ခုဖြစ်သည်။

ပစ္စည်းအသစ်များသည် အဓိကအားသာချက်များကို ပေးစွမ်းသည်

ဤသုတေသန၏ အထူးခြားဆုံးအချက်မှာ ပစ္စည်းများကို ဆန်းသစ်တီထွင်အသုံးပြုခြင်းဖြစ်သည်။ သုတေသီများသည် GaAsSb ကို စုပ်ယူမှုအလွှာအဖြစ်နှင့် AlGaAsSb ကို မြှောက်ကိန်းအလွှာအဖြစ် ရွေးချယ်ခဲ့ကြသည်။ ဤဒီဇိုင်းသည် ရိုးရာ InGaAs/InP နှင့် ကွဲပြားပြီး သိသာထင်ရှားသော အားသာချက်များကို ယူဆောင်လာပါသည်။

၁။ GaAsSb စုပ်ယူမှုအလွှာ- GaAsSb တွင် InGaAs နှင့် အလားတူ စုပ်ယူမှုကိန်းရှိပြီး GaAsSb စုပ်ယူမှုအလွှာမှ AlGaAsSb (မြှောက်ကိန်းအလွှာ) သို့ ကူးပြောင်းခြင်းသည် ပိုမိုလွယ်ကူပြီး ထောင်ချောက်အကျိုးသက်ရောက်မှုကို လျှော့ချပေးပြီး ကိရိယာ၏ အမြန်နှုန်းနှင့် စုပ်ယူမှုစွမ်းဆောင်ရည်ကို တိုးတက်စေသည်။

၂။ AlGaAsSb မြှောက်ကိန်းအလွှာ- AlGaAsSb မြှောက်ကိန်းအလွှာသည် ရိုးရာ InP နှင့် InAlAs မြှောက်ကိန်းအလွှာထက် စွမ်းဆောင်ရည်သာလွန်သည်။ အခန်းအပူချိန်တွင် မြင့်မားသော gain၊ မြင့်မားသော bandwidth နှင့် အလွန်နည်းပါးသော ဆူညံသံများတွင် အဓိကအားဖြင့် ထင်ဟပ်သည်။

အလွန်ကောင်းမွန်သော စွမ်းဆောင်ရည်ညွှန်းကိန်းများဖြင့်

အသစ်ကAPD အလင်းရှာဖွေကိရိယာ(avalanche photodiode detector) သည် စွမ်းဆောင်ရည် မက်ထရစ်များတွင် သိသာထင်ရှားသော တိုးတက်မှုများကိုလည်း ပေးစွမ်းသည်-

၁။ အလွန်မြင့်မားသော အမြတ်- အခန်းအပူချိန်တွင် 278 ၏ အလွန်မြင့်မားသော အမြတ်ကို ရရှိခဲ့ပြီး မကြာသေးမီက Dr. Jin Xiao သည် ဖွဲ့စည်းပုံ အကောင်းဆုံးဖြစ်အောင် ပြုလုပ်ခြင်းနှင့် လုပ်ငန်းစဉ်ကို တိုးတက်ကောင်းမွန်အောင် လုပ်ဆောင်ခဲ့ပြီး အမြင့်ဆုံး အမြတ်ကို M=1212 အထိ တိုးမြှင့်ခဲ့သည်။

၂။ ဆူညံသံအလွန်နည်းခြင်း- ဆူညံသံအလွန်နည်းခြင်းကိုပြသသည် (F < 3၊ gain M = 70; F<4၊ gain M=100)။

၃။ မြင့်မားသော ကွမ်တမ် စွမ်းဆောင်ရည်- အမြင့်ဆုံး အမြတ်အောက်တွင် ကွမ်တမ် စွမ်းဆောင်ရည်မှာ 5935.3% အထိ မြင့်မားသည်။ အပူချိန်တည်ငြိမ်မှု အားကောင်းခြင်း- အပူချိန်နိမ့်တွင် ပြိုကွဲမှု အာရုံခံနိုင်စွမ်းမှာ 11.83 mV/K ခန့်ရှိသည်။

ပုံ ၁ APD ၏ ဆူညံသံလွန်ကဲခြင်းဓာတ်ပုံရှာဖွေကိရိယာများအခြား APD photodetector နှင့် နှိုင်းယှဉ်ပါက

ကျယ်ပြန့်သော အသုံးချမှု အလားအလာများ

ဤ APD အသစ်သည် liDAR စနစ်များနှင့် ဖိုတွန်အသုံးချမှုများအတွက် အရေးကြီးသော သက်ရောက်မှုများ ရှိသည်-

၁။ signal-to-noise ratio တိုးတက်ကောင်းမွန်လာခြင်း- မြင့်မားသော gain နှင့် နိမ့်ကျသော noise ဝိသေသလက္ခဏာများသည် signal-to-noise ratio ကို သိသိသာသာ တိုးတက်ကောင်းမွန်စေသည်၊ ၎င်းသည် ဖန်လုံအိမ်ဓာတ်ငွေ့စောင့်ကြည့်ခြင်းကဲ့သို့သော photon-poor ပတ်ဝန်းကျင်များတွင် အသုံးချမှုများအတွက် အလွန်အရေးကြီးပါသည်။

၂။ လိုက်ဖက်ညီမှုအားကောင်းခြင်း- APD ဓာတ်ပုံရှာဖွေကိရိယာ (avalanche ဓာတ်ပုံရှာဖွေကိရိယာ) အသစ်ကို လက်ရှိအင်ဒီယမ်ဖော့စဖိုက် (InP) optoelectronics ပလက်ဖောင်းများနှင့် တွဲဖက်အသုံးပြုနိုင်ရန် ဒီဇိုင်းထုတ်ထားပြီး လက်ရှိစီးပွားဖြစ်ဆက်သွယ်ရေးစနစ်များနှင့် ချောမွေ့စွာပေါင်းစပ်နိုင်စေပါသည်။

၃။ မြင့်မားသောလည်ပတ်မှုထိရောက်မှု- ၎င်းသည် ရှုပ်ထွေးသောအအေးပေးယန္တရားများမပါဘဲ အခန်းအပူချိန်တွင် ထိရောက်စွာလည်ပတ်နိုင်သောကြောင့် လက်တွေ့အသုံးချမှုအမျိုးမျိုးတွင် ဖြန့်ကျက်မှုကို ရိုးရှင်းစေသည်။

ဤ 1550 nm SACM APD photodetector (avalanche photodetector) အသစ် ဖွံ့ဖြိုးတိုးတက်လာခြင်းသည် ဤနယ်ပယ်တွင် အဓိက တိုးတက်မှုတစ်ခုဖြစ်ပြီး ရိုးရာ APD photodetector (avalanche photodetector) ဒီဇိုင်းများတွင် အလွန်အကျွံဆူညံသံနှင့် gain bandwidth ထုတ်ကုန်များနှင့် ဆက်စပ်နေသော အဓိကကန့်သတ်ချက်များကို ဖြေရှင်းပေးပါသည်။ ဤဆန်းသစ်တီထွင်မှုသည် liDAR စနစ်များ၊ အထူးသဖြင့် လူမဲ့ liDAR စနစ်များအပြင် free-space ဆက်သွယ်ရေးများတွင် စွမ်းဆောင်ရည်များကို မြှင့်တင်ပေးလိမ့်မည်ဟု မျှော်လင့်ရသည်။