Bir fotonly fotodetektor 80% netijelilikdäki päsgelçilikleri ýeňip geçdi

Bir fotonly fotodetektor80% netijelilik päsgelçiliklerini ýeňip geçdiler

Bir fotonlyfotodetektorkompakt we arzan artykmaçlyklary sebäpli kwant fotonika we bir fotonly surat çekmek ulgamlarynda giňden ulanylýar, ýöne olar aşakdaky tehniki kynçylyklar bilen ýüzbe-ýüz bolýarlar.

Häzirki tehniki çäklendirmeler

1.CMOS we inçe birleşmeli SPAD: Olaryň integrasiýasy ýokary we wagt jitteri pes bolsa-da, siňdiriş gatlagy inçe (birnäçe mikrometr) we PDE ýakyn infragyzyl sebitde çäkli bolup, 850 nm-de diňe 32% töweregi.

2. Galyň birleşmeli SPAD: Ol onlarça mikrometr galyňlygyndaky siňdiriş gatlagyna eýedir. Söwda önümlerinde 780 nm-de takmynan 70% PDE bar, ýöne 80% -i geçmek örän kyn.

3. Zynjyryň çäklendirmelerini okaň: Galyň birleşmeli SPAD, gar uçgunynyň ýokary ähtimallygyny üpjün etmek üçin 30V-dan ýokary ýokarky naprýaženiýe talap edýär. Adaty zynjyrlarda 68V söndürme naprýaženiýesi bilen hem, PDE diňe 75,1% -e çenli ýokarlandyrylyp bilner.

Çözgüt

SPAD-yň ýarymgeçiriji gurluşyny optimizirläň. Yzky yşyklandyrylan dizaýn: Düşýän fotonlar kremniýde eksponensial taýdan dargaýar. Yzky yşyklandyrylan gurluş fotonlaryň köpüsiniň siňdiriş gatlagynda siňdirilmegini we döredilen elektronlaryň uçgun sebitine inžeksiýa edilmegini üpjün edýär. Kremniýdäki elektronlaryň ionlaşma tizligi deşikleriňkiden ýokary bolany üçin, elektron inžeksiýasy uçgun ýüze çykmagynyň has ýokary ähtimallygyny üpjün edýär. Doping kompensasiýa uçgun sebiti: Bor we fosforyň üznüksiz diffuziýa prosesini ulanmak arkaly, ýüzleý doping elektrik meýdanyny çuň sebitde az kristal kemçilikleri bilen jemlemek üçin kompensasiýa edilýär we DCR ýaly şowhuny netijeli azaldýar.

2. Ýokary öndürijilikli okaýyş zynjyry. 50V ýokary amplitudaly söndürme Çalt ýagdaý geçişi; Köpmodal işleýiş: FPGA dolandyryşynyň SOVURMA we RESET signallaryny birleşdirip, erkin işleýiş (signal triggeri), derweze (daşarky GATE sürüjisi) we gibrid režimleriniň arasynda çeýe geçiş gazanylýar.

3. Enjamy taýýarlamak we gaplamak. SPAD wafer prosesi kebelek paket bilen kabul edilýär. SPAD AlN daşaýjy substrata birikdirilýär we termoelektrik sowadyjyda (TEC) dikligine gurnalýar we temperatura gözegçiligi termistor arkaly amala aşyrylýar. Netijeli birikdirmegi gazanmak üçin köp rejimli optiki süýümler SPAD merkezi bilen takyk deňleşdirilýär.

4. Öndürijilik kalibrlemesi. Kalibrleme 785 nm pikosekund impulsly lazer diody (100 kHz) we wagt-sanly öwrüji (TDC, 10 ps çözgüt) ulanylyp geçirildi.

Gysgaça mazmun

SPAD gurluşyny optimizirlemek (galyň birleşme, arkadan yşyklandyrylan, doping kompensasiýa) we 50 V söndürme zynjyryny täzelemek arkaly bu gözleg kremniý esasly bir fotonly detektoryň PDE-ni 84,4% täze belentlige üstünlikli çykardy. Söwda önümleri bilen deňeşdirilende, onuň toplumlaýyn öndürijiligi ep-esli ýokarlandy we kwantum aragatnaşygy, kwantum hasaplamalary we ýokary duýgurlykly surat çekmek ýaly örän ýokary netijeliligi we çeýe işlemegi talap edýän ulanylyşlar üçin amaly çözgütleri hödürledi. Bu iş kremniý esasly tehnologiýanyň mundan beýläk-de ösdürilmegi üçin berk esas döretdi.bir fotonly detektortehnologiýa.