Фотодетектори якфотонӣмонеаи 80% самаранокиро бартараф карданд
Якфотонфотодетектораз сабаби бартариҳои фишурда ва арзон буданашон дар соҳаҳои фотоникаи квантӣ ва аксбардории якфотонӣ васеъ истифода мешаванд, аммо онҳо бо мушкилоти зерини техникӣ рӯбарӯ мешаванд.
Маҳдудиятҳои техникии ҷорӣ
1.CMOS ва SPAD-и тунук пайвандак: Гарчанде ки онҳо интегратсияи баланд ва ларзиши вақтро паст доранд, қабати ҷаббида тунук аст (чанд микрометр) ва PDE дар минтақаи наздики инфрасурх маҳдуд аст, ки дар 850 нм танҳо тақрибан 32% -ро ташкил медиҳад.
2. SPAD-и ғафси пайванд: Он дорои қабати ҷаббида бо ғафсии даҳҳо микрометр мебошад. Маҳсулоти тиҷоратӣ дорои PDE тақрибан 70% дар 780 нм мебошанд, аммо убури 80% хеле душвор аст.
3. Маҳдудиятҳои занҷирро хонед: SPAD-и ғафси пайвандӣ шиддати болоии зиёда аз 30В-ро талаб мекунад, то эҳтимолияти баланди тармафароӣ таъмин карда шавад. Ҳатто бо шиддати хомӯшкунии 68В дар занҷирҳои анъанавӣ, PDE-ро танҳо то 75,1% зиёд кардан мумкин аст.
Ҳалли
Сохтори нимноқилии SPAD-ро оптимизатсия кунед. Тарҳи равшании қафо: Фотонҳои афтида дар кремний ба таври экспоненсиалӣ коҳиш меёбанд. Сохтори равшании қафо кафолат медиҳад, ки аксари фотонҳо дар қабати ҷаббида ҷаббида мешаванд ва электронҳои тавлидшуда ба минтақаи тарма ворид карда мешаванд. Азбаски суръати ионизатсияи электронҳо дар кремний нисбат ба сӯрохиҳо баландтар аст, воридкунии электрон эҳтимолияти бештари тармаро фароҳам меорад. Минтақаи тармаҳои ҷуброни допинг: Бо истифода аз раванди паҳншавии пайвастаи бор ва фосфор, допинги наонқадар чуқур ҷуброн карда мешавад, то майдони электрикиро дар минтақаи амиқ бо нуқсонҳои камтари кристаллӣ мутамарказ кунад ва садоро ба монанди DCR самаранок коҳиш диҳад.
2. Схемаи хониши баландсифат. Хомӯшкунии амплитудаи баланди 50В Гузариши зуд ба ҳолати фавқулодда; Амалиётҳои бисёрмодалӣ: Бо якҷоя кардани сигналҳои QUENCHING ва RESET идоракунии FPGA, гузариши чандир байни амалиёти озод (триггери сигнал), дарвозабандӣ (гардонандаи берунаи GATE) ва режимҳои гибридӣ ба даст оварда мешавад.
3. Омодасозӣ ва бастабандии дастгоҳ. Раванди вафли SPAD бо бастаи шапалакӣ қабул карда шудааст. SPAD ба субстрати интиқолдиҳандаи AlN пайваст карда шуда, ба таври амудӣ дар хунуккунандаи термоэлектрикӣ (TEC) насб карда мешавад ва назорати ҳарорат тавассути термистор анҷом дода мешавад. Нахҳои оптикии бисёррежимӣ бо маркази SPAD дақиқ ҳамоҳанг карда шудаанд, то пайвастшавии самаранок ба даст оварда шавад.
4. Калибровкаи самаранокӣ. Калибровка бо истифода аз диоди лазерии импулсии пикосекундии 785 нм (100 кГц) ва табдилдиҳандаи рақамии вақт (TDC, қарори 10 ps) анҷом дода шуд.
Хулоса
Бо роҳи беҳтар кардани сохтори SPAD (пайванди ғафс, равшании қафо, ҷуброни допинг) ва навоварӣ дар схемаи хомӯшкунии 50 В, ин таҳқиқот PDE-и детектори якфотонии асоси кремнийро бомуваффақият ба баландии нави 84,4% баланд бардошт. Дар муқоиса бо маҳсулоти тиҷоратӣ, кори ҳамаҷонибаи он ба таври назаррас беҳтар карда шуд ва барои барномаҳо ба монанди муоширати квантӣ, ҳисоббарории квантӣ ва тасвири ҳассосияти баланд, ки самаранокии ултрабаланд ва кори чандирро талаб мекунанд, роҳҳои ҳалли амалӣ фароҳам овард. Ин кор барои рушди минбаъдаи технологияҳои асоси кремний заминаи мустаҳкам гузошт.детектори якфотонӣтехнология.
Вақти нашр: 28 октябри соли 2025