Фотодетектори якфотонӣ80% ботлоки самаранокиро шикастанд
Як-фотонфотодетектораз сабаби бартариҳои паймон ва камхарҷашон дар соҳаҳои фотоникаи квантӣ ва тасвири якфотонӣ васеъ истифода мешаванд, вале онҳо бо мушкилиҳои зерини техникӣ рӯ ба рӯ мешаванд.
Маҳдудиятҳои техникии ҷорӣ
1.CMOS ва SPAD-и борик: Ҳарчанд онҳо ҳамгироии баланд ва ҷиттери кам доранд, қабати азхудкунӣ лоғар аст (якчанд микрометр) ва PDE дар минтақаи наздики инфрасурх маҳдуд аст, танҳо тақрибан 32% дар 850 нм.
2. SPAD-пайванди ғафс: Он дорои қабати азхудкунии даҳҳо микрометр ғафсӣ. Маҳсулоти тиҷоратӣ дорои PDE тақрибан 70% дар 780 нм мебошанд, аммо шикастани 80% хеле душвор аст.
3. Маҳдудиятҳои схемаро хонед: SPAD-пайванди ғафс барои таъмини эҳтимолияти фаромадани тарма шиддати беш аз 30В-ро талаб мекунад. Ҳатто бо шиддати хомӯшкунии 68V дар схемаҳои анъанавӣ, PDE метавонад танҳо то 75,1% зиёд карда шавад.
Ҳалли
Сохтори нимноқилҳои SPADро оптимизатсия кунед. Тарҳрезии қафо равшаншуда: Фотонҳои ҳодиса ба таври экспоненсиалӣ дар кремний пӯсида мешаванд. Сохтори паси равшаншуда кафолат медиҳад, ки аксарияти фотонҳо дар қабати абсорбсия ҷаббида мешаванд ва электронҳои тавлидшуда ба минтақаи тарма ворид карда мешаванд. Азбаски суръати ионизатсияи электронҳо дар кремний нисбат ба сӯрохиҳо баландтар аст, тазриқи электронҳо эҳтимолияти фаромадани тармаро таъмин мекунад. Минтақаи фаромадани тарма ҷуброни допинг: Бо истифода аз раванди паҳншавии пайвастаи бор ва фосфор, допинги наонқадар ҷуброн карда мешавад, то майдони барқро дар минтақаи амиқ бо нуқсонҳои камтари кристалл мутамарказ кунад ва садои ба монанди DCR-ро самаранок коҳиш диҳад.
2. Схемаи хониши сермахсул. 50В амплитудаи баланд хомӯш гузариши ҳолати зуд; Амали мултимодалӣ: Бо омезиши сигналҳои назорати FPGA QUENCHING ва RESET, гузариши чандир байни амалиёти озод (триггери сигнал), дарвоза (диски берунии GATE) ва режимҳои гибридӣ ба даст оварда мешавад.
3. Омода ва бастабандии дастгоҳ. Раванди вафли SPAD бо бастаи бабочка қабул карда мешавад. SPAD ба субстрати интиқолдиҳандаи AlN пайваст карда шудааст ва ба таври амудӣ дар сардкунандаи термоэлектрикӣ (TEC) насб карда мешавад ва назорати ҳарорат тавассути термистор ба даст оварда мешавад. Нахҳои оптикии мултимедиявӣ бо маркази SPAD ба таври дақиқ мутобиқ карда шудаанд, то пайвастшавии муассир ба даст оранд.
4. Калибрченкунии иҷроиш. Калибрченкунӣ бо истифода аз диодҳои лазерии импулси пикосонии 785 нм (100 кГц) ва табдилдиҳандаи рақамии вақт (TDC, ҳалли 10 ps) гузаронида шуд.
Хулоса
Бо оптимизатсияи сохтори SPAD (пайванди ғафс, қафо равшанӣ, ҷуброни допинг) ва навоварии схемаи хомӯшкунии 50 В, ин таҳқиқот бомуваффақият PDE-и детектори якфотонии кремнийро ба баландии нави 84,4% тела дод. Дар муқоиса бо маҳсулоти тиҷоратӣ, иҷрои ҳамаҷонибаи он ба таври қобили мулоҳиза такмил дода шуда, ҳалли амалӣ барои барномаҳо, аз қабили иртиботи квантӣ, ҳисоббарории квантӣ ва тасвири ҳассосияти баландро фароҳам меорад, ки самаранокии ултра баланд ва кори чандирро талаб мекунанд. Ин кор барои боз хам тараккй додани кремний асоси мустахкам гузоштдетектори якфотонӣтехнология.
Вақти фиристодан: октябр-28-2025