Photodetector single-foton geus ngarecah 80% bottleneck efisiensi

Photodetector tunggal-fotongeus megatkeun ngaliwatan 80% bottleneck efisiensi

Tunggal-fotonpotodetektorloba dipaké dina widang photonics kuantum jeung single-foton Imaging alatan kaunggulan kompak jeung béaya rendah maranéhanana, tapi maranéhanana confronted jeung bottlenecks teknis di handap ieu.

watesan teknis ayeuna

1.CMOS na ipis-simpang SPAD: Sanajan aranjeunna gaduh integrasi tinggi na low timing jitter, lapisan nyerep ipis (sababaraha mikrométer), sarta PDE diwatesan di wewengkon deukeut-infra red, kalawan ukur ngeunaan 32% pa 850 nm.

2. Thick-junction SPAD: Ieu ciri hiji lapisan nyerep puluhan mikrométer kandel. Produk komersil gaduh PDE sakitar 70% dina 780 nm, tapi nembus 80% pisan nangtang.

3. Baca kaluar watesan circuit: Kandel-simpang SPAD merlukeun tegangan overbias leuwih 30V pikeun mastikeun kamungkinan longsoran tinggi. Malah ku tegangan quenching 68V dina sirkuit tradisional, PDE ngan bisa ngaronjat nepi ka 75,1%.

Solusi

Optimalkeun struktur semikonduktor SPAD. Desain tukang-caangan: Kajadian foton buruk éksponénsial dina silikon. Struktur tukang-caangan mastikeun yén mayoritas foton kaserep dina lapisan nyerep, sarta éléktron dihasilkeun nyuntik kana wewengkon longsoran. Kusabab laju ionisasi éléktron dina silikon leuwih luhur batan liang, suntik éléktron nyadiakeun kamungkinan luhur longsoran. Doping santunan longsoran wewengkon: Ku ngagunakeun prosés difusi kontinyu tina boron jeung fosfor, doping deet ieu katembong konsentrasi médan listrik di wewengkon jero kalawan defects kristal pangsaeutikna, éféktif ngurangan noise kayaning DCR.

2.-kinerja tinggi readout circuit. 50V amplitudo tinggi quenching transisi kaayaan Gancang; Operasi multimodal: Ku ngagabungkeun kontrol FPGA QUENCHING na RESET sinyal, switching fléksibel antara operasi bébas (sinyal pemicu), gating (eksternal GATE drive), sarta mode hibrid kahontal.

3. Persiapan alat jeung bungkusan. Prosés wafer SPAD diadopsi, kalayan pakét kukupu. SPAD ieu kabeungkeut kana substrat carrier AlN sarta vertikal dipasang dina cooler thermoelectric (TEC), sarta kontrol hawa kahontal ngaliwatan thermistor a. serat optik multimode anu persis Blok jeung puseur SPAD pikeun ngahontal gandeng efisien.

4. Kalibrasi kinerja. Kalibrasi dilaksanakeun nganggo dioda laser pulsed picosecond 785 nm (100 kHz) sareng konverter digital waktos (TDC, resolusi 10 ps).

Ringkesan

Ku optimizing struktur SPAD (simpang kandel, back-caangan, kompensasi doping) jeung innovating sirkuit quenching 50 V, ulikan ieu hasil ngadorong PDE detektor single-foton basis 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 sensitipitas luhur anu peryogi efisiensi ultra luhur sareng operasi anu fleksibel. Karya ieu parantos netepkeun pondasi anu kuat pikeun pamekaran salajengna dumasar kana silikondetektor tunggal-fotontéhnologi.