弗吉尼亞大學(xué)和德克薩斯大學(xué)奧斯汀分校的電氣和計算機工程師已經(jīng)開發(fā)出一種雪崩光電二極管，該雪崩光電二極管的性能達到了創(chuàng)紀(jì)錄的水平，并有望改變下一代夜視成像和光檢測與測距(LiDAR)接收器。對于LiDAR，該團隊的低噪聲，兩微米雪崩光電二極管可實現(xiàn)對眼睛安全的高功率操作。

同行評審的論文“用于2-μm應(yīng)用的低噪聲高溫AlInAsSb / GaSb雪崩光電二極管”發(fā)表于2020年5月18日的《自然光子學(xué)》(Nature Photonics)上，該月刊刊載了有關(guān)光產(chǎn)生，操縱各個領(lǐng)域的最佳研究和檢測。

這項突破來自UVA的電氣和計算機工程學(xué)Lucien Carr III教授Joe C. Campbell和UT-Austin的Cullen Trust教授Seth R. Bank之間的長期合作。安德魯·H·瓊斯(Andrew H.Jones)，2020年獲得博士學(xué)位由坎貝爾(Campbell)和博士學(xué)位史蒂芬·D·馬奇(Stephen D. March)推薦的研究生。世界銀行研究小組的學(xué)生，為研究做出了貢獻。該小組的工作由國防高級研究計劃局和陸軍研究辦公室資助。

該團隊使用了由Bank的Advanced Semiconductor Epitaxy實驗室創(chuàng)建的數(shù)字合金的新穎光學(xué)和電氣特性。Bank使用分子束外延生長由鋁，銦，砷和銻組成的合金。該合金兼具長波長靈敏度，超低噪聲和實現(xiàn)低暗電流所需的設(shè)計靈活性，而現(xiàn)有的低噪聲雪崩光電二極管材料技術(shù)無法提供這種靈活性。

班克說：“我們將晶體生長過程控制到單個原子級的能力使我們能夠合成自然界中禁止的晶體，并設(shè)計它們同時具有有效光檢測所需的基本材料特性的理想組合。” 。

該團隊的雪崩光電二極管是緊湊型，高靈敏度LiDAR接收器的理想解決方案。許多LiDAR應(yīng)用程序，例如機器人技術(shù)，自動駕駛汽車，廣域監(jiān)視和地形圖繪制，都需要高分辨率的傳感器，這些傳感器可以檢測到遠處物體反射回來的大大衰減的光信號。眼睛安全性限制了這些下一代LiDAR系統(tǒng)的采用，因為所需的更高的激光功率會增加眼睛受傷的風(fēng)險。

“ 2微米窗口是LiDAR系統(tǒng)的理想選擇，因為它被認為對眼睛安全，并能擴大檢測范圍。”坎貝爾說。“我可以想象我們的雪崩光電二極管會影響受益于高靈敏度檢測器的眾多關(guān)鍵技術(shù)。”

這項工作正在轉(zhuǎn)移到IQE進行鑄造服務(wù)，而洛克希德·馬丁公司將開發(fā)帶有讀出電路的光電二極管陣列。兩所大學(xué)的未來工作將集中在在室溫附近實現(xiàn)低噪聲運行，將工作波長進一步擴展到紅外以及將靈敏度提高到單光子水平。