Yagona fotonli fotodetektor80% samaradorlik to'sig'ini yengib o'tishdi
Yagona fotonlifotodetektorixcham va arzon narxlardagi afzalliklari tufayli kvant fotonika va yakka fotonli tasvirlash sohalarida keng qo'llaniladi, ammo ular quyidagi texnik to'siqlarga duch kelishmoqda.
Joriy texnik cheklovlar
1.CMOS va yupqa birikmali SPAD: Ular yuqori integratsiyaga va past vaqt tebranishiga ega bo'lsa-da, yutilish qatlami yupqa (bir necha mikrometr) va PDE yaqin infraqizil mintaqada cheklangan, 850 nm da atigi 32% ni tashkil qiladi.
2. Qalin birikmali SPAD: U o'nlab mikrometr qalinlikdagi yutilish qatlamiga ega. Tijorat mahsulotlarida 780 nm da taxminan 70% PDE mavjud, ammo 80% ni yorib o'tish juda qiyin.
3. Sxemadagi cheklovlarni o'qing: Qalin birikmali SPAD yuqori ko'chki ehtimolini ta'minlash uchun 30V dan yuqori kuchlanishni talab qiladi. An'anaviy sxemalarda 68V so'ndirish kuchlanishi bilan ham, PDE ni faqat 75,1% gacha oshirish mumkin.
Yechim
SPAD ning yarimo'tkazgich tuzilishini optimallashtiring. Orqa yoritgichli dizayn: Kremniyda tushgan fotonlar eksponent ravishda parchalanadi. Orqa yoritgichli struktura fotonlarning aksariyati yutilish qatlamida so'rilishini va hosil bo'lgan elektronlar ko'chki mintaqasiga yuborilishini ta'minlaydi. Kremniydagi elektronlarning ionlanish tezligi teshiklarnikidan yuqori bo'lgani uchun elektron in'ektsiyasi ko'chki ehtimolini yuqori darajada ta'minlaydi. Qo'shimcha kompensatsiya ko'chki mintaqasi: Bor va fosforning uzluksiz diffuziya jarayonidan foydalanib, sayoz qo'shimcha kompensatsiya qilinadi, bu esa chuqur mintaqada kamroq kristall nuqsonlari bilan elektr maydonini jamlaydi va DCR kabi shovqinni samarali ravishda kamaytiradi.
2. Yuqori samarali o'qish sxemasi. 50V yuqori amplitudali söndürme Tez holatga o'tish; Multimodal ishlash: FPGA boshqaruvini QUENCHING va RESET signallarini birlashtirish orqali erkin ishlash (signal tetikleyicisi), eshiklash (tashqi GATE haydovchisi) va gibrid rejimlar o'rtasida moslashuvchan almashtirishga erishiladi.
3. Qurilmani tayyorlash va qadoqlash. SPAD plastinka jarayoni kapalak shaklidagi paket bilan qo'llaniladi. SPAD AlN tashuvchi substratiga bog'langan va termoelektrik sovutgichga (TEC) vertikal ravishda o'rnatiladi va haroratni boshqarish termistor orqali amalga oshiriladi. Samarali ulanishga erishish uchun ko'p rejimli optik tolalar SPAD markazi bilan aniq moslashtirilgan.
4. Ishlashni kalibrlash. Kalibrlash 785 nm pikosekundli impulsli lazer diodi (100 kHz) va vaqt-raqamli konvertor (TDC, 10 ps o'lcham) yordamida amalga oshirildi.
Xulosa
SPAD strukturasini optimallashtirish (qalin birikma, orqa yorug'lik, qo'shimcha kompensatsiya) va 50 V söndürme sxemasini innovatsiya qilish orqali ushbu tadqiqot kremniy asosidagi bitta fotonli detektorning PDE ni 84,4% ga yangi cho'qqiga muvaffaqiyatli ko'tardi. Tijorat mahsulotlari bilan taqqoslaganda, uning keng qamrovli ishlashi sezilarli darajada yaxshilandi, bu kvant aloqasi, kvant hisoblash va ultra yuqori samaradorlik va moslashuvchan ishlashni talab qiladigan yuqori sezgirlikdagi tasvirlash kabi ilovalar uchun amaliy yechimlarni taqdim etadi. Ushbu ish kremniy asosidagi texnologiyalarni yanada rivojlantirish uchun mustahkam poydevor yaratdi.bitta fotonli detektortexnologiya.
Joylashtirilgan vaqt: 2025-yil 28-oktabr