Pengesan foton tunggaltelah menembusi kesesakan kecekapan 80%.
Foton tunggalpengesan fotodigunakan secara meluas dalam bidang fotonik kuantum dan pengimejan foton tunggal kerana kelebihannya yang padat dan kos rendah, tetapi mereka berhadapan dengan kesesakan teknikal berikut.
Had teknikal semasa
1.CMOS dan simpang nipis SPAD: Walaupun mereka mempunyai integrasi tinggi dan jitter pemasaan yang rendah, lapisan penyerapan adalah nipis (beberapa mikrometer), dan PDE adalah terhad di kawasan inframerah dekat, dengan hanya kira-kira 32% pada 850 nm.
2. Thick-junction SPAD: Ia mempunyai lapisan penyerapan setebal berpuluh-puluh mikrometer. Produk komersial mempunyai PDE kira-kira 70% pada 780 nm, tetapi menembusi 80% adalah sangat mencabar.
3. Baca had litar: SPAD simpang-tebal memerlukan voltan overbias melebihi 30V untuk memastikan kebarangkalian runtuhan salji yang tinggi. Walaupun dengan voltan pelindapkejutan 68V dalam litar tradisional, PDE hanya boleh ditingkatkan kepada 75.1%.
Penyelesaian
Optimumkan struktur semikonduktor SPAD. Reka bentuk bercahaya belakang: Foton insiden mereput secara eksponen dalam silikon. Struktur bercahaya belakang memastikan bahawa sebahagian besar foton diserap dalam lapisan penyerapan, dan elektron yang dihasilkan disuntik ke kawasan longsor. Oleh kerana kadar pengionan elektron dalam silikon lebih tinggi daripada lubang, suntikan elektron memberikan kebarangkalian runtuhan salji yang lebih tinggi. Rantau salji pampasan doping: Dengan menggunakan proses resapan berterusan boron dan fosforus, doping cetek diberi pampasan untuk menumpukan medan elektrik di kawasan dalam dengan kecacatan kristal yang lebih sedikit, dengan berkesan mengurangkan bunyi seperti DCR.
2. Litar bacaan berprestasi tinggi. Pelindapkejutan amplitud tinggi 50V Peralihan keadaan pantas; Operasi pelbagai mod: Dengan menggabungkan isyarat QUENCHING dan RESET kawalan FPGA, penukaran fleksibel antara operasi bebas (cetus isyarat), gating (pemacu GATE luaran) dan mod hibrid dicapai.
3. Penyediaan dan pembungkusan peranti. Proses wafer SPAD diguna pakai, dengan pakej rama-rama. SPAD diikat pada substrat pembawa AlN dan dipasang secara menegak pada penyejuk termoelektrik (TEC), dan kawalan suhu dicapai melalui termistor. Gentian optik pelbagai mod diselaraskan dengan tepat dengan pusat SPAD untuk mencapai gandingan yang cekap.
4. Penentukuran prestasi. Penentukuran telah dijalankan menggunakan diod laser berdenyut picosecond 785 nm (100 kHz) dan penukar digital masa (TDC, resolusi 10 ps).
Ringkasan
Dengan mengoptimumkan struktur SPAD (simpang tebal, bercahaya belakang, pampasan doping) dan menginovasi litar pelindapkejutan 50 V, kajian ini berjaya menolak PDE pengesan foton tunggal berasaskan silikon ke ketinggian baharu 84.4%. Berbanding dengan produk komersial, prestasi komprehensifnya telah dipertingkatkan dengan ketara, menyediakan penyelesaian praktikal untuk aplikasi seperti komunikasi kuantum, pengkomputeran kuantum dan pengimejan kepekaan tinggi yang memerlukan kecekapan ultra tinggi dan operasi fleksibel. Kerja ini telah meletakkan asas yang kukuh untuk pembangunan selanjutnya berasaskan silikonpengesan foton tunggalteknologi.
Masa siaran: Okt-28-2025