Tək fotonlu fotodetektor80% səmərəlilik maneəsini aşdı
Tək fotonlufotodetektorKompakt və ucuz üstünlüklərinə görə kvant fotonika və tək fotonlu görüntüləmə sahələrində geniş istifadə olunur, lakin aşağıdakı texniki çətinliklərlə qarşılaşırlar.
Mövcud texniki məhdudiyyətlər
1.CMOS və nazik qovşaqlı SPAD: Yüksək inteqrasiya və aşağı zamanlama titrəyişlərinə malik olsalar da, udma təbəqəsi nazikdir (bir neçə mikrometr) və PDE yaxın infraqırmızı bölgədə məhduddur, 850 nm-də yalnız təxminən 32% təşkil edir.
2. Qalın qovşaqlı SPAD: Onlarla mikrometr qalınlığında udma təbəqəsinə malikdir. Kommersiya məhsullarında 780 nm-də PDE təxminən 70% təşkil edir, lakin 80%-i keçmək olduqca çətindir.
3. Dövrə məhdudiyyətlərini oxuyun: Qalın qovşaqlı SPAD, yüksək uçqun ehtimalını təmin etmək üçün 30V-dan çox üst gərginlik tələb edir. Ənənəvi dövrələrdə 68V söndürmə gərginliyi ilə belə, PDE yalnız 75,1%-ə qədər artırıla bilər.
Həll yolu
SPAD-ın yarımkeçirici strukturunu optimallaşdırın. Arxa işıqlı dizayn: Silikonda düşən fotonlar eksponensial olaraq parçalanır. Arxa işıqlı struktur, fotonların əksəriyyətinin udma təbəqəsində udulmasını və yaranan elektronların uçqun bölgəsinə yeridilməsini təmin edir. Silikonda elektronların ionlaşma sürəti dəliklərinkindən daha yüksək olduğundan, elektron yeridilməsi uçqun ehtimalını daha yüksək edir. Dopinq kompensasiyası uçqun bölgəsi: Bor və fosforun davamlı diffuziya prosesindən istifadə etməklə, dayaz dopinq, daha az kristal qüsuru olan dərin bölgədə elektrik sahəsini cəmləşdirmək üçün kompensasiya olunur və DCR kimi səs-küyü effektiv şəkildə azaldır.
2. Yüksək performanslı oxuma dövrəsi. 50V yüksək amplitudalı söndürmə Sürətli vəziyyət keçidi; Çoxmodal işləmə: FPGA idarəetmə SÖNDÜRMƏ və SİFARİŞ siqnallarını birləşdirməklə sərbəst işləmə (siqnal tetikleyicisi), qapılama (xarici GATE sürücüsü) və hibrid rejimlər arasında çevik keçid əldə edilir.
3. Cihazın hazırlanması və qablaşdırılması. SPAD lövhə prosesi kəpənək paketi ilə qəbul edilir. SPAD AlN daşıyıcı substratına yapışdırılır və termoelektrik soyuducuya (TEC) şaquli şəkildə quraşdırılır və temperatur nəzarəti termistor vasitəsilə həyata keçirilir. Səmərəli birləşməyə nail olmaq üçün çoxmodlu optik liflər SPAD mərkəzi ilə dəqiq şəkildə hizalanır.
4. Performans kalibrasiyası. Kalibrləmə 785 nm pikosaniyəlik impulslu lazer diodu (100 kHz) və zaman-rəqəm çeviricisi (TDC, 10 ps qətnamə) istifadə edilərək aparılmışdır.
Xülasə
SPAD strukturunu optimallaşdırmaqla (qalın qovşaq, arxa işıqlandırma, dopinq kompensasiyası) və 50 V söndürmə dövrəsini yeniləməklə, bu tədqiqat silikon əsaslı tək fotonlu detektorun PDE-ni 84,4%-lik yeni bir yüksəkliyə uğurla çatdırdı. Kommersiya məhsulları ilə müqayisədə onun hərtərəfli performansı əhəmiyyətli dərəcədə artırılmış və ultra yüksək səmərəlilik və çevik əməliyyat tələb edən kvant rabitəsi, kvant hesablamaları və yüksək həssaslıqlı görüntüləmə kimi tətbiqlər üçün praktik həllər təqdim etmişdir. Bu iş silikon əsaslı cihazların daha da inkişafı üçün möhkəm təməl qoymuşdur.tək fotonlu detektortexnologiya.
Yayımlanma vaxtı: 28 oktyabr 2025