Engenheiros elétricos e de computação da Universidade da Virgínia e da Universidade do Texas-Austin desenvolveram um fotodiodo de avalanche que alcançou desempenho recorde e tem o potencial de transformar a próxima geração de imagens de visão noturna e receptores de detecção e alcance de luz (LiDAR). Para LiDAR, o baixo ruído da equipe, o fotodiodo de avalanche de dois micrômetros permite uma operação de alta potência que é segura para os olhos.

O artigo revisado por pares, "Fotodiodos de avalanche de baixo ruído e alta temperatura AlInAsSb / GaSb para aplicações de 2 μm, "foi publicado em 18 de maio, 2020, no Nature Photonics , um jornal mensal com as melhores pesquisas em todas as áreas de geração de luz, manipulação e detecção.

Essa descoberta vem de uma colaboração de longa data entre Joe C. Campbell, Lucien Carr III Professor de engenharia elétrica e de computação na UVA, e Seth R. Bank, Professor Cullen Trust na UT-Austin. Andrew H. Jones, um doutorado em 2020 graduado orientado por Campbell, e Stephen D. March, um Ph.D. aluno do grupo de pesquisa do Banco, contribuíram para a pesquisa. O trabalho da equipe foi financiado pela Defense Advanced Research Projects Agency e pelo Army Research Office.

A equipe usou as novas características óticas e elétricas de uma liga digital criada no Laboratório de Epitaxia de Semicondutor Avançado do Banco. Bank empregou epitaxia de feixe molecular para fazer crescer a liga, composto de alumínio, índio, arsênico e antimônio. A liga combina sensibilidade a comprimentos de onda longos, ruído ultrabaixo, e a flexibilidade de design necessária para alcançar correntes escuras baixas, que não está disponível com as tecnologias existentes de materiais de fotodiodo de avalanche de baixo ruído.

"Nossa capacidade de controlar o processo de crescimento do cristal até a escala de um único átomo nos permite sintetizar cristais que são proibidos na natureza, bem como projetá-los para possuir simultaneamente a combinação ideal de propriedades fundamentais do material necessária para fotodetecção eficiente, "Banco disse.

O fotodiodo de avalanche da equipe é uma solução ideal para compactos, receptores LiDAR de alta sensibilidade. Muitos aplicativos LiDAR, como robótica, veículos autônomos, vigilância de área ampla e mapeamento de terreno, requerem sensores de alta resolução que podem detectar sinais ópticos altamente atenuados refletidos de objetos distantes. A segurança ocular limitou a adoção desses sistemas LiDAR de próxima geração, Contudo, porque a potência do laser mais alta exigida apresenta um risco maior de danos aos olhos.

"A janela de 2 micrômetros é ideal para sistemas LiDAR porque é considerada segura para os olhos e estende o alcance de detecção." Campbell disse. "Posso imaginar nosso fotodiodo de avalanche impactando várias tecnologias importantes que se beneficiam de detectores de alta sensibilidade."

Este trabalho está sendo transferido para o IQE para serviços de fundição e para a Lockheed Martin para desenvolver matrizes de fotodiodo com circuitos de leitura. O trabalho futuro nas duas universidades se concentrará em alcançar uma operação de baixo ruído em temperaturas próximas da sala, estendendo os comprimentos de onda operacionais ainda mais no infravermelho, e empurrando a sensibilidade para o nível de fóton único.