Photodetector siji-foton wis nembus bottleneck efisiensi 80%.

Detektor foton tunggalwis nembus bottleneck efisiensi 80%.

Foton tunggaldetektor fotodigunakake ing bidang fotonik kuantum lan pencitraan foton tunggal amarga kaluwihan sing kompak lan murah, nanging lagi ngadhepi bottlenecks teknis ing ngisor iki.

Watesan teknis saiki

1.CMOS lan lancip-prapatan SPAD: Senajan padha duwe integrasi dhuwur lan jitter wektu kurang, lapisan panyerepan lancip (sawetara mikrometer), lan PDE diwatesi ing wilayah cedhak-infrared, karo mung bab 32% ing 850 nm.

2. Thick-junction SPAD: Iku fitur lapisan panyerepan puluhan mikrometer nglukis. Produk komersial duwe PDE kira-kira 70% ing 780 nm, nanging nembus 80% pancen angel banget.

3. Waca watesan sirkuit: Kandel-prapatan SPAD mbutuhake voltase overbias liwat 30V kanggo mesthekake kemungkinan longsor dhuwur. Malah kanthi voltase quenching 68V ing sirkuit tradisional, PDE mung bisa ditambah dadi 75,1%.

Solusi

Ngoptimalake struktur semikonduktor SPAD. Desain back-illuminated: Insiden foton bosok exponentially ing silikon. Struktur back-illuminated njamin sing mayoritas foton digunakke ing lapisan panyerepan, lan elektron kui disuntikake menyang wilayah longsor. Amarga tingkat ionisasi elektron ing silikon luwih dhuwur tinimbang bolongan, injeksi elektron nyedhiyakake kemungkinan longsor sing luwih dhuwur. Wilayah longsor kompensasi doping: Kanthi nggunakake proses difusi sing terus-terusan saka boron lan fosfor, doping cethek dikompensasi kanggo konsentrasi medan listrik ing wilayah jero kanthi cacat kristal sing luwih sithik, kanthi efektif nyuda gangguan kayata DCR.

2. High-kinerja maca sirkuit. 50V amplitudo dhuwur quenching Transisi negara cepet; Operasi multimodal: Kanthi nggabungake sinyal QUENCHING lan RESET kontrol FPGA, ngoper fleksibel ing antarane operasi gratis (pemicu sinyal), gating (drive GATE eksternal), lan mode hibrida.

3. Persiapan lan kemasan piranti. Proses wafer SPAD diadopsi, kanthi paket kupu-kupu. SPAD diikat menyang substrat operator AlN lan dipasang vertikal ing cooler termoelektrik (TEC), lan kontrol suhu ditindakake liwat termistor. Serat optik multimode kanthi tepat didadekake siji karo pusat SPAD kanggo entuk kopling sing efisien.

4. Kalibrasi kinerja. Kalibrasi ditindakake kanthi nggunakake dioda laser pulsed picosecond 785 nm (100 kHz) lan konverter digital wektu (TDC, resolusi 10 ps).

Ringkesan

Kanthi ngoptimalake struktur SPAD (prapatan kandel, back-illuminated, kompensasi doping) lan nginovasi sirkuit quenching 50 V, panliten iki kasil nyurung PDE saka detektor foton tunggal adhedhasar silikon menyang dhuwur anyar 84,4%. Dibandhingake karo produk komersial, kinerja komprehensif wis ditingkatake sacara signifikan, nyedhiyakake solusi praktis kanggo aplikasi kayata komunikasi kuantum, komputasi kuantum, lan pencitraan sensitivitas dhuwur sing mbutuhake efisiensi ultra-dhuwur lan operasi fleksibel. Karya iki wis nggawe dhasar sing kuat kanggo pangembangan luwih saka basis silikondetektor foton tunggalteknologi.