Fotodetektè yon sèl foton kraze blokaj efikasite 80% la

Fotodetektè yon sèl fotonyo kraze blokaj efikasite 80% la

Yon sèl fotonfotodetektèyo lajman itilize nan domèn fotonik kwantik ak imaj yon sèl foton akòz avantaj kontra enfòmèl ant ak pri ki ba yo, men yo fè fas ak blokaj teknik sa yo.

Limitasyon teknik aktyèl yo

1.CMOS ak SPAD jonksyon mens: Malgre yo gen yon gwo entegrasyon ak yon ti jitter distribisyon, kouch absòpsyon an mens (kèk mikwomèt), epi PDE a limite nan rejyon enfrawouj ki toupre a, ak sèlman anviwon 32% nan 850 nm.

2. SPAD jonksyon epè: Li prezante yon kouch absòpsyon ki gen plizyè dizèn mikwomèt epesè. Pwodwi komèsyal yo gen yon PDE apeprè 70% nan 780 nm, men kraze 80% trè difisil.

3. Li limitasyon sikwi yo: SPAD jonksyon epè a mande yon vòltaj overbias ki plis pase 30V pou asire yon gwo pwobabilite avalanch. Menm avèk yon vòltaj quenching 68V nan sikwi tradisyonèl yo, PDE a ka sèlman ogmante a 75.1%.

Solisyon

Optimize estrikti semi-kondiktè SPAD la. Konsepsyon ki eklere pa dèyè: Foton ensidan yo dekonpoze eksponansyèlman nan silikon. Estrikti ki eklere pa dèyè a asire ke majorite foton yo absòbe nan kouch absòpsyon an, epi elektwon ki pwodui yo enjekte nan rejyon avalanch lan. Paske to iyonizasyon elektwon nan silikon an pi wo pase sa ki nan twou yo, enjeksyon elektwon bay yon pi gwo pwobabilite pou avalanch. Konpansasyon dopan nan rejyon avalanch: Lè l sèvi avèk pwosesis difizyon kontinyèl bor ak fosfò a, dopan sifasyal la konpanse pou konsantre chan elektrik la nan rejyon pwofon an ak mwens domaj kristal, sa ki efektivman diminye bri tankou DCR.

2. Sikwi lekti pèfòmans segondè. 50V gwo anplitid quenching Tranzisyon eta rapid; Operasyon multimodal: Lè yo konbine siyal QUENCHING ak RESET kontwòl FPGA yo, yo reyalize yon chanjman fleksib ant operasyon lib (deklanche siyal), baryè (kondwi GATE ekstèn), ak mòd ibrid.

3. Preparasyon ak anbalaj aparèy la. Yo adopte pwosesis waf SPAD la, ak yon anbalaj papiyon. Yo kole SPAD la sou substrat transpòtè AlN lan epi yo enstale li vètikalman sou refwadisman tèmoelektrik la (TEC), epi yo kontwole tanperati a atravè yon tèmistò. Fib optik miltimod yo aliyen avèk presizyon ak sant SPAD la pou reyalize yon kouplaj efikas.

4. Kalibrasyon pèfòmans. Kalibrasyon an te fèt lè l sèvi avèk yon dyòd lazè pulsasyon pikosegond 785 nm (100 kHz) ak yon konvètisè tan-dijital (TDC, rezolisyon 10 ps).

Rezime

Lè yo optimize estrikti SPAD la (jonksyon epè, eklere pa dèyè, konpansasyon dopan) epi yo inove sikwi trempe 50 V la, etid sa a te reyisi pouse PDE detektè yon sèl foton ki baze sou Silisyòm nan nan yon nouvo wotè 84.4%. Konpare ak pwodwi komèsyal yo, pèfòmans konplè li te amelyore anpil, sa ki bay solisyon pratik pou aplikasyon tankou kominikasyon kwantik, informatique kwantik, ak imaj ki gen gwo sansiblite ki mande efikasite ultra-wo ak operasyon fleksib. Travay sa a te poze yon fondasyon solid pou plis devlopman detektè ki baze sou Silisyòm.detektè yon sèl fotonteknoloji.