Бир фотондуу фотодетектор 80% эффективдүүлүктөгү тоскоолдукту жеңип өттү

Бир фотондуу фотодетектор80% натыйжалуулуктун тоскоолдуктарын жеңип чыгышты

Бир фотондууфотодетекторкомпакттуу жана арзан артыкчылыктарынан улам кванттык фотоника жана бир фотондук сүрөткө тартуу тармактарында кеңири колдонулат, бирок алар төмөнкү техникалык тоскоолдуктарга туш болушат.

Учурдагы техникалык чектөөлөр

1. CMOS жана жука түйүндүү SPAD: Алардын интеграциясы жогору жана убакыт боюнча термелүүсү төмөн болгону менен, сиңирүү катмары жука (бир нече микрометр) жана PDE жакын инфракызыл аймакта чектелүү, 850 нмде болжол менен 32% гана түзөт.

2. Калың туташуу SPAD: Ал ондогон микрометр калыңдыктагы сиңирүү катмарына ээ. Коммерциялык продукцияларда 780 нмде болжол менен 70% PDE бар, бирок 80% аркылуу өтүү өтө кыйын.

3. Чынжырдын чектөөлөрүн окуп чыгыңыз: Калың түйүндүү SPAD кар көчкү коркунучунун жогору болушун камсыз кылуу үчүн 30 В ашык үстүнкү чыңалуусун талап кылат. Кадимки чынжырларда өчүрүү чыңалуусу 68 В болгондо да, PDEди 75,1% га чейин гана жогорулатууга болот.

Чечим

SPAD жарым өткөргүч түзүлүшүн оптималдаштыруу. Арткы жарык менен жарыктандырылган дизайн: Кремнийде түшкөн фотондор экспоненциалдуу түрдө ажыроодо. Арткы жарык менен жарыктандырылган түзүлүш фотондордун көпчүлүгүнүн сиңирүү катмарында сиңип кетишин жана пайда болгон электрондордун көчкү аймагына сайылышын камсыз кылат. Кремнийдеги электрондордун иондошуу ылдамдыгы тешиктерге караганда жогору болгондуктан, электрон сайылышы көчкүнүн пайда болуу ыктымалдыгын жогорулатат. Допингди компенсациялоо көчкү аймагы: Бор менен фосфордун үзгүлтүксүз диффузиялык процессин колдонуу менен, тайыз допинг кристаллдык кемчиликтери аз болгон терең аймакта электр талаасын топтоо үчүн компенсацияланат, бул DCR сыяктуу ызы-чууну натыйжалуу азайтат.

2. Жогорку өндүрүмдүү окуу схемасы. 50В жогорку амплитудалуу өчүрүү Тез абалга өтүү; Мультимодалдык иштөө: FPGA башкаруусунун КУУРУУ жана КАЙРА ОРНОТУУ сигналдарын айкалыштыруу менен эркин иштөө (сигнал триггери), дарбазалоо (тышкы GATE жетеги) жана гибриддик режимдердин ортосунда ийкемдүү которулууга жетишилет.

3. Түзмөктү даярдоо жана таңгактоо. SPAD пластинасынын процесси көпөлөк сымал таңгак менен кабыл алынган. SPAD AlN ташуучу субстратка туташтырылып, термоэлектрдик муздаткычка (TEC) вертикалдуу орнотулат, ал эми температураны башкаруу термистор аркылуу ишке ашырылат. Натыйжалуу байланышка жетүү үчүн көп режимдүү оптикалык булалар SPAD борбору менен так тегизделген.

4. Иштөөнү калибрлөө. Калибрлөө 785 нм пикосекунддук импульстуу лазердик диод (100 кГц) жана убакыт-сандык өзгөрткүч (TDC, 10 ps чечилиш) аркылуу жүргүзүлдү.

Кыскача маалымат

SPAD түзүмүн оптималдаштыруу (калың түйүн, арткы жарыктандыруу, легирлөөнү компенсациялоо) жана 50 В чыңалуудагы өчүрүү схемасын инновациялоо менен, бул изилдөө кремний негизиндеги бир фотондук детектордун PDE көрсөткүчүн 84,4% жаңы бийиктикке ийгиликтүү көтөрдү. Коммерциялык продукцияларга салыштырмалуу, анын комплекстүү иштеши бир топ жакшырды, бул кванттык байланыш, кванттык эсептөө жана өтө жогорку натыйжалуулукту жана ийкемдүү иштөөнү талап кылган жогорку сезгичтиктеги сүрөткө тартуу сыяктуу колдонмолор үчүн практикалык чечимдерди камсыз кылды. Бул иш кремний негизиндеги технологияны андан ары өнүктүрүү үчүн бекем пайдубал түздү.бир фотондук детектортехнология.