Fotodetektor foton tunggal parantos ngatasi hambatan efisiensi 80%.

Fotodetektor foton tunggalparantos ngaliwat halangan efisiensi 80%

Foton tunggalfotodetektorloba dipaké dina widang fotonik kuantum jeung pencitraan foton tunggal alatan kaunggulanana anu ringkes jeung murah, tapi maranéhna nyanghareupan halangan téknis ieu.

Watesan téknis ayeuna

1.CMOS sareng SPAD thin-junction: Sanaos gaduh integrasi anu luhur sareng jitter timing anu handap, lapisan panyerepanna ipis (sababaraha mikrométer), sareng PDE diwatesan di daérah infrabeureum caket, kalayan ngan sakitar 32% dina 850 nm.

2. SPAD sambungan kandel: Ieu lapisan panyerepan mibanda ketebalan puluhan mikrométer. Produk komérsial mibanda PDE sakitar 70% dina 780 nm, tapi nembus 80% téh hésé pisan.

3. Baca watesan sirkuit: SPAD sambungan kandel meryogikeun tegangan overbias langkung ti 30V pikeun mastikeun kamungkinan longsoran anu luhur. Sanaos tegangan quenching 68V dina sirkuit tradisional, PDE ngan ukur tiasa ditingkatkeun janten 75,1%.

Solusi

Optimalkeun struktur semikonduktor SPAD. Desain back-illuminated: Foton datang buruk sacara éksponénsial dina silikon. Struktur back-illuminated mastikeun yén mayoritas foton diserep dina lapisan panyerepan, sareng éléktron anu dihasilkeun diinjeksikeun kana daérah longsoran. Kusabab laju ionisasi éléktron dina silikon langkung luhur tibatan liang, injeksi éléktron nyayogikeun kamungkinan longsoran anu langkung luhur. Kompensasi doping daérah longsoran: Ku ngagunakeun prosés difusi kontinyu boron sareng fosfor, doping déét dikompensasi pikeun konsentrasi médan listrik di daérah anu jero kalayan cacad kristal anu langkung sakedik, sacara efektif ngirangan noise sapertos DCR.

2. Sirkuit bacaan kinerja tinggi. Quenching amplitudo luhur 50V Transisi kaayaan gancang; Operasi multimodal: Ku ngagabungkeun sinyal QUENCHING sareng RESET kontrol FPGA, switching fléksibel antara operasi bébas (pemicu sinyal), gating (drive GATE éksternal), sareng modeu hibrida kahontal.

3. Persiapan sareng pengemasan alat. Prosés wafer SPAD diadopsi, nganggo bungkus kukupu. SPAD dihijikeun kana substrat pamawa AlN sareng dipasang sacara vertikal dina pendingin termoelektrik (TEC), sareng kontrol suhu kahontal ngalangkungan termistor. Serat optik multimode disaluyukeun sacara tepat sareng pusat SPAD pikeun ngahontal kopling anu efisien.

4. Kalibrasi kinerja. Kalibrasi dilaksanakeun nganggo dioda laser pulsa picosecond 785 nm (100 kHz) sareng konverter digital-waktu (TDC, résolusi 10 ps).

Ringkesan

Ku cara ngaoptimalkeun struktur SPAD (sambungan kandel, back-illuminated, kompensasi doping) sareng ngainovasi sirkuit quenching 50 V, panilitian ieu hasil ngadorong PDE detektor foton tunggal berbasis silikon ka jangkungna anyar 84,4%. Dibandingkeun sareng produk komérsial, kinerja komprehensifna parantos ningkat sacara signifikan, nyayogikeun solusi praktis pikeun aplikasi sapertos komunikasi kuantum, komputasi kuantum, sareng pencitraan sensitivitas tinggi anu meryogikeun efisiensi ultra-tinggi sareng operasi anu fleksibel. Karya ieu parantos neundeun pondasi anu kuat pikeun pamekaran salajengna tina detektor berbasis silikon.detektor foton tunggaltéknologi.