美国研发新型雪崩光电二极管可改进激光雷达接收器-电子工程世界

据外媒报道，美国弗吉尼亚大学（the University of Virginia，UVA）和德克萨斯大学奥斯汀分校（University of Texas-Austin）电气和计算机系的工程师研发了一款雪崩光电二极管，实现了创纪录的性能，有能力变革下一代夜视成像和激光雷达的接收器。对于激光雷达而言，该团队研发的低噪声、两微米雪崩光电二极管能够实现功率更高的操作，而且其操作对人眼而言，非常安全。

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（图片来源：弗吉尼亚大学）

此次取得突破性成果源于UVA大学电气和计算机工程系Joe C. Campbell 和教授Lucien Carr III与UT-Austin大学Seth R. Bank教授的多年合作。Andrew H. Jones（Campbell的2020级博士研究生）和Stephen D. March（Bank教授研究小组的博士生）也参与了该项研究，而且该项目由美国国防高级计划局和陆军研究办公室提供资助。

该团队在Bank教授先进半导体外延实验室（Advanced Semiconductor Epitaxy）制造了具备新颖光学和电子特性的数字合金，采用分子光束外延来让该合金（由铝、铟、砷和锑制成）生长，从而让其结合了长波长的灵敏度、超低噪声以及实现弱暗电流所需的设计灵活性等特性，而现有的低噪声雪崩光电二极管材料技术目前并不具备此种灵活性。

Bank表示：“我们能够将晶体的生长过程控制至单原子尺度，因而让我们能够合成自然界所不能合成的晶体，同时还能够设计出一种完美的晶体，结合了高效光探测性能所需的基本材料特性。”

该团队研发的雪崩光电二极管是一个理想的解决方案，适用于紧凑型、高灵敏度激光雷达接收器。机器人、自动驾驶车辆、广域监控和地形测绘等激光雷达应用都需要高分辨率的传感器，能够探测到从远处物体反射回来的、被大大衰减的光学信号。然而，下一代激光雷达系统的普及受到用眼安全的限制，因为激光功率越高，对眼睛造成伤害的风险就越大。

Campbell表示：“对于激光雷达系统而言，两微米视窗非常完美，对眼睛来说很安全，还扩大了探测范围。我可以预见，新款雪崩光电二极管会影响很多受益于高灵敏度探测器的关键技术。”

目前，该项研究被转移至英国半导体公司IQE（为铸造业务服务）和美国航空航天制造厂商洛克希德马丁（Lockheed Martin），以研发具备读出电路的光电二极管阵列。未来，这两所大学将集中让该雪崩光电二极管能够在近室温的条件下实现低噪声操作，将工作波长进一步扩展至红外，并将其灵敏度提高至单光子水平。

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