Нэг фотоны фото илрүүлэгч 80%-ийн үр ашгийн саад бэрхшээлийг даван туулсан

Нэг фотон фото илрүүлэгч80%-ийн үр ашгийн саад бэрхшээлийг даван туулсан

Нэг фотонфото илрүүлэгчнь авсаархан, хямд өртөгтэй тул квант фотоник, нэг фотон дүрслэлийн салбарт өргөн хэрэглэгддэг боловч дараах техникийн сааталтай тулгардаг.

Одоогийн техникийн хязгаарлалт

1.CMOS болон нимгэн уулзвар SPAD: Хэдийгээр тэдгээр нь өндөр интеграцтай, цаг хугацааны чичиргээ багатай ч шингээлтийн давхарга нь нимгэн (хэдэн микрометр), PDE нь хэт улаан туяаны бүсэд хязгаарлагдмал бөгөөд 850 нм-д ердөө 32% орчим байдаг.

2. Зузаан уулзвар SPAD: Энэ нь хэдэн арван микрометр зузаан шингээх давхаргатай. Арилжааны бүтээгдэхүүний PDE нь 780 нм-д ойролцоогоор 70% байдаг боловч 80% -ийг даван туулах нь маш хэцүү байдаг.

3. Хэлхээний хязгаарлалтыг уншина уу: Зузаан уулзвар SPAD нь нуранги үүсэх магадлал өндөр байхын тулд 30В-оос дээш хүчдэлтэй байх шаардлагатай. Уламжлалт хэлхээнд 68 В-ийн унтраах хүчдэлтэй байсан ч PDE-ийг зөвхөн 75.1% хүртэл нэмэгдүүлэх боломжтой.

Шийдэл

SPAD-ийн хагас дамжуулагч бүтцийг оновчтой болгох. Арын гэрэлтүүлэгтэй дизайн: Ослын фотонууд цахиурт экспоненциалаар ялзардаг. Арын гэрэлтүүлэгтэй бүтэц нь фотонуудын дийлэнх хэсгийг шингээлтийн давхаргад шингээж, үүссэн электронуудыг нуранги бүсэд шахдаг. Цахиур дахь электронуудын иончлолын хурд нь нүхнийхээс өндөр байдаг тул электрон шахах нь нуранги үүсэх магадлалыг өндөр болгодог. Допингийн нөхөн олговрын нуранги бүс: Бор, фосфорын тасралтгүй тархалтын процессыг ашигласнаар гүехэн допинг нь цахилгаан талбарыг бага талст согогтой гүн хэсэгт төвлөрүүлж, DCR гэх мэт дуу чимээг үр дүнтэй бууруулдаг.

2. Өндөр хүчин чадалтай унших хэлхээ. 50V өндөр далайцтай унтраах Хурдан төлөвт шилжих; Мультимодал ажиллагаа: FPGA удирдлагын QUENCHING болон RESET дохиог хослуулснаар чөлөөт ажиллагаа (дохио гох), гарц (гадаад GATE хөтөч) болон эрлийз горимуудын хооронд уян хатан шилжих боломжтой болно.

3. Төхөөрөмжийг бэлтгэх, савлах. SPAD өрмөнцөрийн процессыг эрвээхэй багцаар баталсан. SPAD нь AlN зөөгч субстраттай холбогдож, дулаан цахилгаан хөргөгч (TEC) дээр босоо байдлаар суурилуулсан бөгөөд термистороор дамжуулан температурын хяналтыг гүйцэтгэдэг. Олон горимын оптик утаснууд нь SPAD төвтэй яг таарч, үр ашигтай холболтыг бий болгодог.

4. Гүйцэтгэлийн шалгалт тохируулга. Шалгалт тохируулгыг 785 нм пикосекунд импульсийн лазер диод (100 кГц) ба цаг тоон хувиргагч (TDC, 10 ps нягтрал) ашиглан хийсэн.

Дүгнэлт

Энэхүү судалгаа нь SPAD бүтцийг (зузаан уулзвар, арын гэрэлтүүлэг, допингийн нөхөн олговор) оновчтой болгож, 50 В-ийн унтраах хэлхээг шинэчилснээр цахиурт суурилсан нэг фотон детекторын PDE-ийг 84.4% шинэ өндөрт амжилттай түлхэв. Арилжааны бүтээгдэхүүнүүдтэй харьцуулахад түүний иж бүрэн гүйцэтгэл нь мэдэгдэхүйц сайжирч, хэт өндөр үр ашигтай, уян хатан ажиллагаа шаарддаг квант холбоо, квант тооцоолол, өндөр мэдрэмжтэй дүрслэл зэрэг хэрэглээнд практик шийдлүүдийг өгдөг. Энэ ажил цахиурт суурилсан цаашдын хөгжилд бат бөх суурийг тавьсаннэг фотон мэдрэгчтехнологи.