Бер фотонлы фотодетектор 80% эффективлыкны бозды

Бер фотонлы фотодетектор80% эффективлыкны бозды

Бер фотонфотодетекторКвант фотоникасы һәм бер фотонлы күзәтү өлкәсендә компакт һәм аз чыгымлы өстенлекләр аркасында киң кулланыла, ләкин алар түбәндәге техник кыенлыклар белән очрашалар.

Хәзерге техник чикләүләр

1.CMOS һәм нечкә тоташкан SPAD: Аларның югары интеграциясе һәм аз вакытлы диттеры булса да, үзләштерү катламы нечкә (берничә микрометр), һәм PDE якын инфракызыл төбәктә чикләнгән, якынча 32% 850 нм.

2. Калын тоташкан SPAD: Анда дистәләгән микрометр калынлык үзләштерү катламы бар. Коммерция продуктларның 780 нм тирәсендә якынча 70% PDE бар, ләкин 80% ны бозу бик авыр.

3. Схема чикләүләрен укыгыз: Калын тоташкан SPAD көчле кар көчәнешен тәэмин итү өчен 30Втан артык көчәнеш таләп итә. Традицион схемаларда 68В көчәнеш сүндерү көчәнеше булса да, PDE 75,1% ка кадәр күтәрелергә мөмкин.

Чишелеш

SPAD ярымүткәргеч структурасын оптимальләштерү. Арткы яктыртылган дизайн: Кремнийда вакыйгалар фотоннары тиз арада бозыла. Арткы яктыртылган структура фотоннарның күпчелегенең үзләштерү катламына сеңүен тәэмин итә, һәм барлыкка килгән электроннар кар көчлегенә кертелә. Кремнийдагы электроннарның ионлаштыру тизлеге тишекләргә караганда югарырак булганга, электрон инъекция кар көчлегенең ихтималлыгын тәэмин итә. Допинг компенсациясе кар көчләре өлкәсе: Бор һәм фосфорның өзлексез диффузия процессын кулланып, тайсыз допинг кристалл җитешсезлекләре аз булган тирән төбәктә электр кырын туплау өчен компенсацияләнә, DCR кебек тавышны эффектив киметә.

2. performanceгары җитештерүчән уку схемасы. 50В югары амплитуда сүндерү Тиз дәүләт күчү; Мультимодаль операция: FPGA контроле QUENCHING һәм RESET сигналларын берләштереп, ирекле операция (сигнал триггеры), капка (тышкы GATE саклагыч) һәм гибрид режимнар арасында сыгылмалы күчү.

3. Devайланма әзерләү һәм төрү. Күбәләк пакеты белән SPAD вафер процессы кабул ителә. SPAD AlN ташучы субстратына бәйләнгән һәм термоэлектрик суыткычка вертикаль рәвештә куелган, һәм температураны контрольдә тоту термистор аша ирешелә. Мультимодлы оптик җепселләр эффектив кушылуга ирешү өчен SPAD үзәге белән төгәл тигезләнгән.

4. Эшчәнлекне калибрлау. Калибрлау 785 нм пикосекунд импульслы лазер диоды (100 кГц) һәм вакыт санлы конвертер ярдәмендә башкарылды (TDC, 10 пс резолюция).

Аннотация

SPAD структурасын оптимальләштереп (калын тоташу, арткы яктыртылган, допинг компенсациясе) һәм 50 V сүндерү схемасын яңартып, бу тикшеренү кремний нигезендәге бер фотонлы детекторның PDE-ны 84,4% яңа биеклеккә этәрде. Коммерция продуктлары белән чагыштырганда, аның комплекслы эшләнеше квант элемтәсе, квант исәпләү, һәм ультра югары эффективлык һәм сыгылмалы операция таләп итә торган югары сизгерлек тасвирламасы кебек кушымталар өчен практик чишелешләр белән тәэмин ителде. Бу эш кремний нигезендә алга таба үсеш өчен ныклы нигез салдыбер фотонлы детектортехнология.