اعلی حساسیت کے برفانی تودے کے فوٹو ڈیٹیکٹرز میں حالیہ پیشرفت

میں حالیہ پیشرفتاعلی حساسیت برفانی تودہ فوٹو ڈیٹیکٹر

کمرے کا درجہ حرارت زیادہ حساسیت 1550 nmبرفانی تودہ فوٹوڈیوڈ ڈیٹیکٹر

نزد انفراریڈ (SWIR) بینڈ میں، ہائی حساسیت کے تیز رفتار برفانی تودے کے ڈائیوڈس بڑے پیمانے پر آپٹو الیکٹرانک کمیونیکیشن اور liDAR ایپلی کیشنز میں استعمال ہوتے ہیں۔ تاہم، موجودہ قریب اورکت برفانی تودہ فوٹوڈیوڈ (APD) جس کا غلبہ انڈیم گیلیم آرسینک ایوالنچ بریک ڈاؤن ڈائیوڈ (InGaAs APD) ہے، ہمیشہ روایتی ضرب والے خطوں کے مواد کے بے ترتیب تصادم کے آئنائزیشن شور سے محدود رہا ہے، انڈیم فاسفائیڈ (InP) اور انڈیم انڈیم (Arsenic) کے نتیجے میں نمایاں طور پر آرسینک آئنائزیشن کی وجہ سے۔ ڈیوائس کی حساسیت میں۔ سالوں کے دوران، بہت سے محققین فعال طور پر نئے سیمی کنڈکٹر مواد کی تلاش کر رہے ہیں جو InGaAs اور InP آپٹو الیکٹرانک پلیٹ فارم کے عمل کے ساتھ مطابقت رکھتے ہیں اور بلک سلیکون مواد کی طرح انتہائی کم اثر والے آئنائزیشن شور کی کارکردگی رکھتے ہیں۔

جدید 1550 nm برفانی تودہ فوٹوڈیوڈ ڈیٹیکٹر LiDAR سسٹم کی ترقی میں مدد کرتا ہے۔

برطانیہ اور ریاستہائے متحدہ میں محققین کی ایک ٹیم نے پہلی بار کامیابی کے ساتھ ایک نیا انتہائی اعلیٰ حساسیت 1550 nm APD فوٹو ڈیٹیکٹر تیار کیا ہے۔برفانی تودہ فوٹو ڈیٹیکٹر)، ایک پیش رفت جو LiDAR سسٹمز اور دیگر آپٹو الیکٹرانک ایپلی کیشنز کی کارکردگی کو بہت بہتر بنانے کا وعدہ کرتی ہے۔

نیا مواد کلیدی فوائد پیش کرتا ہے۔

اس تحقیق کی خاص بات مواد کا اختراعی استعمال ہے۔ محققین نے GaAsSb کو جذب پرت کے طور پر اور AlGaAsSb کو ملٹی پلیئر پرت کے طور پر منتخب کیا۔ یہ ڈیزائن روایتی InGaAs/InP سے مختلف ہے اور اہم فوائد لاتا ہے:

1.GaAsSb جذب کرنے والی تہہ: GaAsSb میں InGaAs کی طرح جذب گتانک ہے، اور GaAsSb جذب کرنے والی پرت سے AlGaAsSb (ملٹی پلیئر لیئر) میں منتقلی آسان ہے، ٹریپ اثر کو کم کرتی ہے اور ڈیوائس کی رفتار اور جذب کی کارکردگی کو بہتر بناتی ہے۔

2. AlGaAsSb ملٹی پلیئر پرت: AlGaAsSb ملٹی پلیئر پرت کارکردگی میں روایتی InP اور InAlAs ملٹی پلیئر پرت سے بہتر ہے۔ یہ بنیادی طور پر کمرے کے درجہ حرارت، اعلی بینڈوتھ اور انتہائی کم اضافی شور پر زیادہ فائدہ میں جھلکتا ہے۔

بہترین کارکردگی کے اشارے کے ساتھ

نیااے پی ڈی فوٹو ڈیٹیکٹر(Avalanche photodiode detector) کارکردگی میٹرکس میں نمایاں بہتری بھی پیش کرتا ہے:

1. انتہائی زیادہ فائدہ: 278 کا انتہائی زیادہ فائدہ کمرے کے درجہ حرارت پر حاصل کیا گیا، اور حال ہی میں ڈاکٹر جن ژاؤ نے ساخت کی اصلاح اور عمل کو بہتر کیا، اور زیادہ سے زیادہ فائدہ M=1212 تک بڑھا دیا گیا۔

2. بہت کم شور: بہت کم اضافی شور دکھاتا ہے (F <3، حاصل M = 70؛ F<4، حاصل M=100)۔

3. اعلی کوانٹم کارکردگی: زیادہ سے زیادہ فائدہ کے تحت، کوانٹم کی کارکردگی 5935.3% تک زیادہ ہے۔ مضبوط درجہ حرارت کا استحکام: کم درجہ حرارت پر خرابی کی حساسیت تقریباً 11.83 mV/K ہے۔

تصویر 1 اے پی ڈی کا زیادہ شورفوٹو ڈیٹیکٹر آلاتدوسرے اے پی ڈی فوٹو ڈیٹیکٹر کے مقابلے

وسیع درخواست کے امکانات

اس نئے اے پی ڈی کے liDAR سسٹمز اور فوٹوون ایپلی کیشنز کے لیے اہم مضمرات ہیں:

1. بہتر ہوا سگنل سے شور کا تناسب: زیادہ فائدہ اور کم شور کی خصوصیات سگنل ٹو شور کے تناسب کو نمایاں طور پر بہتر کرتی ہیں، جو کہ فوٹوون کے ناقص ماحول میں ایپلی کیشنز کے لیے اہم ہے، جیسے گرین ہاؤس گیس کی نگرانی۔

2. مضبوط مطابقت: نیا APD فوٹو ڈیٹیکٹر (برفانی تودہ فوٹو ڈیٹیکٹر) موجودہ انڈیم فاسفائیڈ (InP) آپٹو الیکٹرانکس پلیٹ فارمز کے ساتھ ہم آہنگ ہونے کے لیے ڈیزائن کیا گیا ہے، جو موجودہ تجارتی مواصلاتی نظام کے ساتھ ہموار انضمام کو یقینی بناتا ہے۔

3. اعلی آپریشنل کارکردگی: یہ کمرے کے درجہ حرارت پر پیچیدہ کولنگ میکانزم کے بغیر موثر طریقے سے کام کر سکتا ہے، مختلف عملی ایپلی کیشنز میں تعیناتی کو آسان بناتا ہے۔

اس نئے 1550 nm SACM APD photodetector (Avalanche photodetector) کی ترقی میدان میں ایک اہم پیش رفت کی نمائندگی کرتی ہے، روایتی APD photodetector (Avalanche photodetector) ڈیزائنوں میں اضافی شور اور بینڈوتھ پروڈکٹس حاصل کرنے سے وابستہ کلیدی حدود کو دور کرتی ہے۔ توقع کی جاتی ہے کہ اس اختراع سے liDAR سسٹمز کی صلاحیتوں کو فروغ ملے گا، خاص طور پر بغیر پائلٹ کے liDAR سسٹمز کے ساتھ ساتھ خالی جگہ مواصلات میں۔