Gli ingegneri elettrici e informatici dell'Università della Virginia e dell'Università del Texas-Austin hanno sviluppato un fotodiodo da valanga che ha raggiunto prestazioni record e ha il potenziale per trasformare i ricevitori di visione notturna e di rilevamento della luce (LiDAR) di nuova generazione. Per LiDAR, il basso rumore della squadra, Il fotodiodo da valanga da due micrometri consente un funzionamento ad alta potenza che è sicuro per gli occhi.

Il documento sottoposto a revisione paritaria, "Fotodiodi da valanga AlInAsSb/GaSb ad alta temperatura e basso rumore per applicazioni da 2 μm, " è stato pubblicato il 18 maggio 2020, in Fotonica della natura , una rivista mensile delle migliori ricerche da tutte le aree della generazione di luce, manipolazione e rilevamento.

Questa svolta deriva da una collaborazione di lunga data tra Joe C. Campbell, Lucien Carr III Professore di ingegneria elettrica e informatica presso l'UVA, e Seth R. Bank, Cullen Trust Professor all'UT-Austin. Andrew H. Jones, un dottorato di ricerca 2020 laureato consigliato da Campbell, e Stephen D. March, un dottorato di ricerca studente nel gruppo di ricerca della Banca, contribuito alla ricerca. Il lavoro del team è stato finanziato dall'Agenzia per i progetti di ricerca avanzata della difesa e dall'Ufficio di ricerca dell'esercito.

Il team ha utilizzato le nuove caratteristiche ottiche ed elettriche di una lega digitale creata nel laboratorio di Bank for Advanced Semiconductor Epitaxy. Bank ha impiegato l'epitassia a fascio molecolare per far crescere la lega, composto da alluminio, indio, arsenico e antimonio. La lega combina sensibilità alle lunghe lunghezze d'onda, bassissimo rumore, e la flessibilità di progettazione necessaria per ottenere basse correnti di buio, che non è disponibile con le attuali tecnologie di materiali fotodiodi da valanga a basso rumore.

"La nostra capacità di controllare il processo di crescita dei cristalli fino alla scala del singolo atomo ci consente di sintetizzare cristalli che sono proibiti in natura, oltre a progettarli per possedere contemporaneamente la combinazione ideale di proprietà dei materiali fondamentali necessarie per un'efficiente fotorilevazione, " ha detto la banca.

Il fotodiodo da valanga del team è una soluzione ideale per veicoli compatti, ricevitori LiDAR ad alta sensibilità. Molte applicazioni LiDAR, come la robotica, veicoli autonomi, sorveglianza ad ampio raggio e mappatura del terreno, richiedono sensori ad alta risoluzione in grado di rilevare segnali ottici molto attenuati riflessi da oggetti distanti. La sicurezza degli occhi ha limitato l'adozione di questi sistemi LiDAR di nuova generazione, però, perché la potenza laser più elevata richiesta comporta un aumento del rischio di danni agli occhi.

"La finestra da 2 micrometri è ideale per i sistemi LiDAR perché è considerata sicura per gli occhi ed estende la portata di rilevamento". ha detto Campbell. "Posso immaginare che il nostro fotodiodo da valanga abbia un impatto su numerose tecnologie chiave che beneficiano di rilevatori ad alta sensibilità".

Questo lavoro viene trasferito a IQE per i servizi di fonderia e Lockheed Martin per sviluppare array di fotodiodi con circuiti di lettura. Il lavoro futuro presso le due università si concentrerà sul raggiungimento di un funzionamento a bassa rumorosità a temperature vicine all'ambiente, estendendo ulteriormente le lunghezze d'onda operative nell'infrarosso, e spingendo la sensibilità al livello del singolo fotone.