Fotoditekter b'foton wieħed kiser l-ostaklu tal-effiċjenza ta' 80%

Fotoditekter ta' foton wieħedqabżu l-ostaklu ta' effiċjenza ta' 80%

Foton wieħedfotoditekterjintużaw ħafna fl-oqsma tal-fotonika kwantistika u l-immaġini b'foton wieħed minħabba l-vantaġġi kompatti u ta' spiża baxxa tagħhom, iżda jiffaċċjaw l-ostakli tekniċi li ġejjin.

Limitazzjonijiet tekniċi attwali

1.CMOS u SPAD b'junction irqiq: Għalkemm għandhom integrazzjoni għolja u jitter baxx fil-ħin, is-saff tal-assorbiment huwa rqiq (ftit mikrometri), u l-PDE huwa limitat fir-reġjun qrib l-infra-aħmar, b'madwar 32% biss f'850 nm.

2. SPAD b'ġunzjoni ħoxna: Għandu saff ta' assorbiment ħoxnin ta' għexieren ta' mikrometri. Prodotti kummerċjali għandhom PDE ta' madwar 70% f'780 nm, iżda li jkissru 80% huwa estremament diffiċli.

3. Limitazzjonijiet taċ-ċirkwit tal-qari: SPAD b'ġunzjoni ħoxna jeħtieġ vultaġġ ta' overbias ta' aktar minn 30V biex jiżgura probabbiltà għolja ta' valanga. Anke b'vultaġġ ta' tkessiħ ta' 68V f'ċirkwiti tradizzjonali, il-PDE jista' jiżdied biss għal 75.1%.

Soluzzjoni

Ottimizza l-istruttura tas-semikondutturi tal-SPAD. Disinn illuminat minn wara: Il-fotoni inċidentali jitmermru b'mod esponenzjali fis-silikon. L-istruttura illuminata minn wara tiżgura li l-maġġoranza tal-fotoni jiġu assorbiti fis-saff tal-assorbiment, u l-elettroni ġġenerati jiġu injettati fir-reġjun tal-valanga. Minħabba li r-rata ta' jonizzazzjoni tal-elettroni fis-silikon hija ogħla minn dik tat-toqob, l-injezzjoni tal-elettroni tipprovdi probabbiltà ogħla ta' valanga. Kumpens tad-doping fir-reġjun tal-valanga: Bl-użu tal-proċess kontinwu ta' diffużjoni tal-boron u l-fosfru, id-doping baxx jiġi kkumpensat biex jikkonċentra l-kamp elettriku fir-reġjun fond b'inqas difetti tal-kristall, u b'hekk jitnaqqas b'mod effettiv l-istorbju bħad-DCR.

2. Ċirkwit tal-qari ta' prestazzjoni għolja. Tifi ta' amplitudni għolja ta' 50V Tranżizzjoni rapida tal-istat; Tħaddim multimodali: Billi jiġu kkombinati s-sinjali ta' TFI u RESET tal-kontroll tal-FPGA, jinkiseb bdil flessibbli bejn tħaddim liberu (trigger tas-sinjal), gating (sewqan GATE estern), u modi ibridi.

3. Tħejjija u ppakkjar tal-apparat. Il-proċess tal-wejfer SPAD huwa adottat, b'pakkett farfett. L-SPAD huwa mwaħħal mas-sottostrat tat-trasportatur tal-AlN u installat vertikalment fuq il-cooler termoelettriku (TEC), u l-kontroll tat-temperatura jinkiseb permezz ta' termistor. Il-fibri ottiċi multimodali huma allinjati preċiżament maċ-ċentru SPAD biex jinkiseb akkoppjar effiċjenti.

4. Kalibrazzjoni tal-prestazzjoni. Il-kalibrazzjoni twettqet bl-użu ta' laser dajowd pulsat ta' 785 nm pikosekonda (100 kHz) u konvertitur diġitali tal-ħin (TDC, riżoluzzjoni ta' 10 ps).

Sommarju

Billi ottimizza l-istruttura SPAD (junction ħoxna, illuminata minn wara, kumpens tad-doping) u innova ċ-ċirkwit ta' tifi ta' 50 V, dan l-istudju rnexxielu jimbotta l-PDE tad-ditekter ta' foton wieħed ibbażat fuq is-silikon għal għoli ġdid ta' 84.4%. Meta mqabbel ma' prodotti kummerċjali, il-prestazzjoni komprensiva tiegħu tjiebet b'mod sinifikanti, u pprovdiet soluzzjonijiet prattiċi għal applikazzjonijiet bħall-komunikazzjoni kwantistika, il-komputazzjoni kwantistika, u l-immaġini b'sensittività għolja li jeħtieġu effiċjenza ultra-għolja u tħaddim flessibbli. Dan ix-xogħol waqqaf bażi soda għall-iżvilupp ulterjuri ta' ditekter ibbażat fuq is-silikon.ditekter ta' foton wieħedteknoloġija.