Los ingenieros eléctricos e informáticos de la Universidad de Virginia y la Universidad de Texas-Austin han desarrollado un fotodiodo de avalancha que logró un rendimiento récord y tiene el potencial de transformar los receptores de imágenes de visión nocturna y detección de luz y rango (LiDAR) de próxima generación. Para LiDAR, el bajo nivel de ruido del equipo, El fotodiodo de avalancha de dos micrómetros permite una operación de mayor potencia que es segura para los ojos.

El artículo revisado por pares, "Fotodiodos de avalancha de AlInAsSb / GaSb de alta temperatura y bajo ruido para aplicaciones de 2 μm, "fue publicado el 18 de mayo de 2020, en Fotónica de la naturaleza , una revista mensual de las mejores investigaciones de todas las áreas de la generación de luz, manipulación y detección.

Este avance proviene de una colaboración de larga data entre Joe C. Campbell, Lucien Carr III Catedrático de Ingeniería Eléctrica e Informática de la UVA, y Seth R. Bank, Profesor de Cullen Trust en UT-Austin. Andrew H. Jones, un doctorado 2020 graduado asesorado por Campbell, y Stephen D. March, un doctorado estudiante del grupo de investigación del Banco, contribuido a la investigación. El trabajo del equipo fue financiado por la Agencia de Proyectos de Investigación Avanzada de Defensa y la Oficina de Investigación del Ejército.

El equipo utilizó las características ópticas y eléctricas novedosas de una aleación digital creada en el Laboratorio de Epitaxia de Semiconductores Avanzados del Banco. Bank empleó epitaxia de haz molecular para hacer crecer la aleación, compuesto de aluminio, indio arsénico y antimonio. La aleación combina sensibilidad de longitud de onda larga, ruido ultrabajo, y la flexibilidad de diseño que se necesita para lograr bajas corrientes oscuras, que no está disponible con las tecnologías de materiales de fotodiodos de avalancha de bajo ruido existentes.

"Nuestra capacidad para controlar el proceso de crecimiento de cristales hasta la escala de un solo átomo nos permite sintetizar cristales que están prohibidos en la naturaleza, así como diseñarlos para que posean simultáneamente la combinación ideal de propiedades fundamentales del material necesarias para una fotodetección eficiente, "Bank dijo.

El fotodiodo de avalancha del equipo es una solución ideal para compactos, Receptores LiDAR de alta sensibilidad. Muchas aplicaciones LiDAR, como la robótica, vehículos autónomos, vigilancia de área amplia y cartografía del terreno, requieren sensores de alta resolución que puedan detectar señales ópticas muy atenuadas reflejadas desde objetos distantes. La seguridad ocular ha limitado la adopción de estos sistemas LiDAR de próxima generación, sin embargo, porque la potencia del láser más alta requerida plantea un mayor riesgo de daño ocular.

"La ventana de 2 micrómetros es ideal para los sistemas LiDAR porque se considera segura para los ojos y extiende el alcance de detección". Dijo Campbell. "Puedo imaginarme que nuestro fotodiodo de avalancha impactará en numerosas tecnologías clave que se benefician de los detectores de alta sensibilidad".

Este trabajo se está transfiriendo a IQE para servicios de fundición y Lockheed Martin para desarrollar matrices de fotodiodos con circuitos de lectura. El trabajo futuro en las dos universidades se concentrará en lograr un funcionamiento silencioso a temperaturas cercanas a la habitación, extender las longitudes de onda operativas más en el infrarrojo, y empujando la sensibilidad al nivel de un solo fotón.