Single-foton fotodetektorhawwe de 80% effisjinsje-knelpunt trochbrutsen
Single-fotonfotodetektorwurde in soad brûkt op it mêd fan kwantumfotonika en single-foton-ôfbylding fanwegen har kompakte en lege kostenfoardielen, mar se hawwe te krijen mei de folgjende technyske knelpunten.
Hjoeddeiske technyske beheiningen
1.CMOS en thin-junction SPAD: Hoewol se hege yntegraasje en lege timingjitter hawwe, is de absorpsjelaach tin (in pear mikrometer), en de PDE is beheind yn it tichtby-ynfrareade gebiet, mei mar sawat 32% by 850 nm.
2. Dikke-junction SPAD: It hat in absorpsjelaach fan tsientallen mikrometers dik. Kommersjele produkten hawwe in PDE fan sawat 70% by 780 nm, mar it trochbrekken fan 80% is ekstreem útdaagjend.
3. Lês beheiningen fan it circuit út: Dikke-junction SPAD fereasket in oerspanning fan mear as 30V om in hege lawinekâns te garandearjen. Sels mei in blusspanning fan 68V yn tradisjonele circuits kin de PDE mar ferhege wurde nei 75,1%.
Oplossing
Optimalisearje de healgeleiderstruktuer fan SPAD. Efterferljochte ûntwerp: Ynfallende fotonen ferfalle eksponentiell yn silisium. De efterferljochte struktuer soarget derfoar dat it grutste part fan 'e fotonen opnommen wurde yn 'e absorpsjelaach, en de generearre elektroanen wurde ynjektearre yn it lawinegebiet. Omdat de ionisaasjesnelheid fan elektroanen yn silisium heger is as dat fan gatten, soarget elektronynjeksje foar in hegere kâns op in lawine. Dopingkompensaasje-lawinegebiet: Troch it trochgeande diffúzjeproses fan boor en fosfor te brûken, wurdt de ûndjippe doping kompensearre om it elektryske fjild yn it djippe gebiet te konsintrearjen mei minder kristaldefekten, wêrtroch rûs lykas DCR effektyf fermindere wurdt.
2. Hege-prestaasjes útlêssirkwy. 50V hege amplitude quenching Fluch steatsoergong; Multimodale operaasje: Troch it kombinearjen fan FPGA-kontrôle QUENCHING- en RESET-sinjalen wurdt fleksibele skeakeling berikt tusken frije operaasje (sinjaaltrigger), gating (eksterne GATE-oandriuwing) en hybride modi.
3. Tarieding en ferpakking fan it apparaat. It SPAD-waferproses wurdt brûkt, mei in flinterpakket. De SPAD wurdt ferbûn mei it AlN-dragersubstraat en fertikaal ynstalleare op 'e thermoelektryske koeler (TEC), en temperatuerkontrôle wurdt berikt fia in termistor. Multimode optyske fezels binne presys ôfstimd mei it SPAD-sintrum om effisjinte koppeling te berikken.
4. Prestaasjekalibraasje. Kalibraasje waard útfierd mei in 785 nm pikosekonde pulsearre laserdiode (100 kHz) en in tiid-digitale omsetter (TDC, 10 ps resolúsje).
Gearfetting
Troch it optimalisearjen fan 'e SPAD-struktuer (dikke junction, efterferljochte, dopingkompensaasje) en it ynnovearjen fan it 50 V-blussirkwy, hat dizze stúdzje mei súkses de PDE fan 'e op silisium basearre single-foton-detektor nei in nije hichte fan 84,4% brocht. Yn ferliking mei kommersjele produkten binne de wiidweidige prestaasjes signifikant ferbettere, wêrtroch praktyske oplossingen wurde levere foar tapassingen lykas kwantumkommunikaasje, kwantumkompjûters en ôfbylding mei hege gefoelichheid dy't ultrahege effisjinsje en fleksibele operaasje fereaskje. Dit wurk hat in solide basis lein foar de fierdere ûntwikkeling fan op silisium basearre detektors.ien-foton detektortechnology.
Pleatsingstiid: 28 oktober 2025