该程序的目的是基于线性模式HGCDTE APDS开发单光子敏感的短波长红外红外线(SWIR)和中华的红外线(MWIR)雪崩光电二极管(APD)接收器,用于通过NASA在光检测和测距(LIDAR)中的应用传感器。LIDAR期望线性模式光子计数APD,因为它们具有比地理团APD的像素死时间较短,并且可以检测从范围紧密间隔的多个对象的顺序脉冲返回。线性模式APD还可以测量光子编号,即地理位置APD不能,为多光子返回的LIDAR场景数据添加额外的尺寸。由于APD增益统计,单个光子的有效线性模式检测需要具有低乘法噪声的高增益APDS - 低过度噪声APD将从单个光子输入产生比率的更高速率的可检测电流脉冲一个嘈杂的APD以相同的平均收益运行。已经示出了MWIR和LWIR Electron-Avalanche HGCDTE APDS在高平均雪崩增益(M> 1000)的情况下以线性模式操作,而没有过量乘法噪声(F = 1),因此是线性模式光子计数的非常好的候选者。然而,由这些窄带隙合金制造的探测器需要积极的冷却来控制热暗电流。在本计划中调查了更广泛的带隙SWIR HGCDTE APD作为降低探测器冷却要求的策略。

第一个目标是建立威尔HGCDTE APD,并评估它们在线性模式计算光子计数的适用性。第二个目的是实施制造改进以减轻表面暗电流,提高可靠性,并在光谱响应中消除峰值。

Voxtel制造和表征2.7-μm-Cutoff HGCDTE APD,发布了在最高雪崩增​​益水平上拍摄的过量噪声数据,但为SWIR HGCDTE APDS(M = 80)表示。通过从非涂覆的光学入射表面部分反射将量子效率限制在1,550nm处约73%;如果使用抗反射涂层,则预期量子效率接近94%。可以获得优异的可操作APD像素的产率和APD响应的均匀性,但是通过SWIR-CUT-CUTOFF材料可以实现的最大雪崩增益被认为太低以使单光子检测能够实现。Voxtel最大收益测量的比较表明这是苏里尔合金的固有物质限制。当APD在M = 6.6的增益下操作时,在1550nm下测量约5kV / W和噪声等效功率(NEP)的室温响应度为33.3nW。

MWIR HGCDTE APDS的CDTE表面钝化的开发呈现了进一步提高接收器灵敏度的最佳机会,因为它将在具有减小的暗电流降低的雪崩增益中实现操作。这种创新可以找到与量子信息(加密和基础科学),半导体检查和分子光谱的用途。

这项工作是由Voxtel,Inc。的Andrew Huntington完成的。GSC-16140-1


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本文首先出现在2013年1月的问题美国宇航局yabovip16.com技术简报杂志。

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