Jednofotonski fotodetektorprobili su usko grlo efikasnosti od 80%
JednofotonskifotodetektorŠiroko se koriste u oblastima kvantne fotonike i snimanja pojedinačnih fotona zbog svoje kompaktnosti i niske cijene, ali se suočavaju sa sljedećim tehničkim uskim grlima.
Trenutna tehnička ograničenja
1. CMOS i SPAD sa tankim spojem: Iako imaju visoku integraciju i nisko vremensko podrhtavanje, apsorpcioni sloj je tanak (nekoliko mikrometara), a PDE je ograničen u bliskom infracrvenom području, sa samo oko 32% na 850 nm.
2. SPAD sa debelim spojem: Ima apsorpcijski sloj debljine nekoliko desetina mikrometara. Komercijalni proizvodi imaju PDE od približno 70% na 780 nm, ali probijanje preko 80% je izuzetno izazovno.
3. Ograničenja kola za očitavanje: SPAD sa debelim spojem zahtijeva napon preopterećenja od preko 30 V kako bi se osigurala visoka vjerovatnoća lavine. Čak i sa naponom gašenja od 68 V u tradicionalnim kolima, PDE se može povećati samo na 75,1%.
Rješenje
Optimizirajte poluprovodničku strukturu SPAD-a. Dizajn sa pozadinskim osvjetljenjem: Upadni fotoni eksponencijalno opadaju u silicijumu. Struktura sa pozadinskim osvjetljenjem osigurava da se većina fotona apsorbuje u apsorpcionom sloju, a generisani elektroni se ubrizgavaju u područje lavine. Budući da je brzina jonizacije elektrona u silicijumu veća od brzine jonizacije šupljina, ubrizgavanje elektrona pruža veću vjerovatnoću lavine. Kompenzacija dopiranja u području lavine: Korištenjem kontinuiranog procesa difuzije bora i fosfora, plitko dopiranje se kompenzira kako bi se električno polje koncentriralo u dubokom području s manje kristalnih defekata, efikasno smanjujući šum poput DCR-a.
2. Visokoperformansno kolo za očitavanje. 50V gašenje visoke amplitude Brz prijelaz stanja; Multimodalni rad: Kombiniranjem FPGA kontrolnih signala GAŠENJA i RESET-a, postiže se fleksibilno prebacivanje između slobodnog rada (okidač signala), upravljanja vratima (eksterni GATE pogon) i hibridnih režima.
3. Priprema i pakovanje uređaja. Korišten je SPAD proces proizvodnje pločica, sa leptir pakovanjem. SPAD je vezan za AlN noseću podlogu i vertikalno instaliran na termoelektrični hladnjak (TEC), a kontrola temperature se postiže pomoću termistora. Višemodna optička vlakna su precizno poravnata sa središtem SPAD-a kako bi se postiglo efikasno spajanje.
4. Kalibracija performansi. Kalibracija je provedena korištenjem pikosekundne pulsne laserske diode od 785 nm (100 kHz) i vremenski-digitalnog pretvarača (TDC, rezolucija 10 ps).
Sažetak
Optimizacijom SPAD strukture (debeli spoj, pozadinsko osvjetljenje, kompenzacija dopiranja) i inovacijom kola za gašenje od 50 V, ova studija je uspješno podigla parcijalnu diferencijalnu diferencijalnu devijaciju (PDE) silicijskog detektora jednog fotona na novu visinu od 84,4%. U poređenju sa komercijalnim proizvodima, njegove sveobuhvatne performanse su značajno poboljšane, pružajući praktična rješenja za primjene kao što su kvantna komunikacija, kvantno računarstvo i snimanje visoke osjetljivosti koje zahtijevaju ultra visoku efikasnost i fleksibilan rad. Ovaj rad je postavio solidnu osnovu za dalji razvoj silicijskih detektora.detektor jednog fotonatehnologija.
Vrijeme objave: 28. oktobar 2025.