Fotodetektor foton tunggal wis ngatasi hambatan efisiensi 80%.

Fotodetektor foton tunggalwis ngatasi hambatan efisiensi 80%

Foton tunggalfotodetektordigunakake sacara wiyar ing babagan fotonik kuantum lan pencitraan foton tunggal amarga kaluwihane sing ringkes lan murah, nanging dheweke ngadhepi hambatan teknis ing ngisor iki.

Watesan teknis saiki

1.CMOS lan SPAD sambungan tipis: Sanajan nduweni integrasi sing dhuwur lan jitter wektu sing endhek, lapisan panyerepan tipis (sawetara mikrometer), lan PDE diwatesi ing wilayah inframerah cedhak, mung udakara 32% ing 850 nm.

2. SPAD sambungan kandel: Iki nduweni lapisan panyerepan sing kandele puluhan mikrometer. Produk komersial duwe PDE kira-kira 70% ing 780 nm, nanging nembus 80% iku angel banget.

3. Wacanen watesan sirkuit: SPAD sambungan kandel mbutuhake voltase overbias luwih saka 30V kanggo njamin kemungkinan longsoran salju sing dhuwur. Sanajan voltase quenching 68V ing sirkuit tradisional, PDE mung bisa ditambah nganti 75,1%.

Solusi

Optimalake struktur semikonduktor SPAD. Desain back-illuminated: Foton insiden bosok kanthi eksponensial ing silikon. Struktur back-illuminated njamin manawa mayoritas foton diserep ing lapisan panyerepan, lan elektron sing diasilake diinjeksi menyang wilayah longsoran. Amarga tingkat ionisasi elektron ing silikon luwih dhuwur tinimbang bolongan, injeksi elektron nyedhiyakake kemungkinan longsoran sing luwih dhuwur. Kompensasi doping wilayah longsoran: Kanthi nggunakake proses difusi boron lan fosfor sing terus-terusan, doping cethek dikompensasi kanggo ngonsentrasi medan listrik ing wilayah sing jero kanthi cacat kristal sing luwih sithik, kanthi efektif nyuda gangguan kayata DCR.

2. Sirkuit pembacaan kinerja dhuwur. Pemadaman amplitudo dhuwur 50V Transisi status cepet; Operasi multimodal: Kanthi nggabungake sinyal QUENCHING lan RESET kontrol FPGA, switching fleksibel antarane operasi bebas (pemicu sinyal), gating (drive GATE eksternal), lan mode hibrida bisa digayuh.

3. Persiapan lan pengemasan piranti. Proses wafer SPAD diadopsi, kanthi paket kupu-kupu. SPAD diiket menyang substrat pembawa AlN lan dipasang kanthi vertikal ing pendingin termoelektrik (TEC), lan kontrol suhu ditindakake liwat termistor. Serat optik multimode disejajarkan kanthi tepat karo pusat SPAD kanggo entuk kopling sing efisien.

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

Ringkesan

Kanthi ngoptimalake struktur SPAD (sambungan kandel, back-illuminated, kompensasi doping) lan nginovasi sirkuit quenching 50 V, panliten iki kasil ndorong PDE detektor foton tunggal berbasis silikon menyang dhuwur anyar 84,4%. Dibandhingake karo produk komersial, kinerja komprehensif wis ditingkatake kanthi 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 nyawisake pondasi sing kuwat kanggo pangembangan luwih lanjut babagan detektor berbasis silikon.detektor foton tunggalteknologi.