Аднафатонны фотадэтэктар пераадолеў вузкае месца эфектыўнасці ў 80%

Аднафатонны фотадэтэктарпераадолелі вузкае месца эфектыўнасці ў 80%

Аднафатонныфотадэтэктаршырока выкарыстоўваюцца ў галіне квантавай фатонікі і аднафатоннай візуалізацыі дзякуючы сваёй кампактнасці і нізкай кошту, але яны сутыкаюцца з наступнымі тэхнічнымі недахопамі.

Бягучыя тэхнічныя абмежаванні

1. КМОП-транзістары і SPAD з тонкім пераходам: нягледзячы на ​​высокую інтэграцыю і нізкае ваганне часу, паглынальны пласт тонкі (некалькі мікраметраў), а дыферэнцыяльная ...

2. SPAD з тоўстым спаем: ён мае паглынальны пласт таўшчынёй у дзесяткі мікраметраў. Камерцыйныя прадукты маюць каэфіцыент выкіду парцыённых адлікаў (PDE) прыблізна 70% пры 780 нм, але прабіць больш за 80% надзвычай складана.

3. Абмежаванні схемы счытвання: для SPAD з тоўстым пераходам патрабуецца напружанне зрушэння больш за 30 В, каб забяспечыць высокую верагоднасць лавіннага сходу. Нават пры напружанні гашэння 68 В у традыцыйных схемах каэфіцыент зрушэння вытворных пар можна павялічыць толькі да 75,1%.

Рашэнне

Аптымізацыя паўправадніковай структуры SPAD. Канструкцыя з задняй падсветкай: падаючыя фатоны ў крэмніі экспанентна распадаюцца. Структура з задняй падсветкай гарантуе, што большасць фатонаў паглынаецца ў паглынальным пласце, а згенераваныя электроны інжэктуюцца ў вобласць лавіны. Паколькі хуткасць іанізацыі электронаў у крэмніі вышэйшая, чым у дзірак, інжэкцыя электронаў забяспечвае больш высокую верагоднасць лавіны. Кампенсацыя легіравання ў вобласці лавіны: Выкарыстоўваючы працэс бесперапыннай дыфузіі бору і фосфару, кампенсуецца павярхоўнае легіраванне, каб сканцэнтраваць электрычнае поле ў глыбокай вобласці з меншай колькасцю крышталічных дэфектаў, эфектыўна зніжаючы шум, такі як DCR.

2. Высокапрадукцыйная схема счытвання. Гашэнне пры высокай амплітудзе 50 В. Хуткі пераход у іншы стан; Мультымадальны рэжым працы: шляхам спалучэння сігналаў гашэння і скіду кіравання FPGA дасягаецца гнуткае пераключэнне паміж рэжымамі свабоднага рэжыму працы (трыгер сігналу), стробавання (знешняе кіраванне стволам) і гібрыдным рэжымам.

3. Падрыхтоўка і ўпакоўка прылады. Выкарыстоўваецца працэс вырабу пласцін SPAD з упакоўкай тыпу «матылёк». SPAD злучаны з падложкай-носьбітам AlN і вертыкальна ўсталяваны на тэрмаэлектрычны ахаладжальнік (TEC), а кантроль тэмпературы ажыццяўляецца з дапамогай тэрмістара. Шматмодавыя аптычныя валокны дакладна выраўнаваны з цэнтрам SPAD для дасягнення эфектыўнай сувязі.

4. Каліброўка прадукцыйнасці. Каліброўка праводзілася з выкарыстаннем пікасекунднага імпульснага лазернага дыёда 785 нм (100 кГц) і часава-лічбавага пераўтваральніка (ВМТ, дазвол 10 пс).

Кароткі змест

Дзякуючы аптымізацыі структуры SPAD (тоўсты пераход, падсветка ззаду, кампенсацыя легіравання) і ўкараненню інавацый у схему гашэння 50 В, гэта даследаванне паспяхова падняло дыферэнцыяльную ...аднакафонны дэтэктартэхналогіі.