Ганц фотонтой фотодетектор нь 80%-ийн үр ашгийн саадыг давсан

Дан фотон фотодетектор80%-ийн үр ашгийн саадыг давсан

Дан фотонфотодетекторавсаархан, хямд өртөгтэй давуу талуудаасаа шалтгаалан квант фотоник болон дан фотон дүрслэлийн салбарт өргөн хэрэглэгддэг боловч дараах техникийн саад бэрхшээлтэй тулгардаг.

Одоогийн техникийн хязгаарлалтууд

1.CMOS болон нимгэн уулзвартай SPAD: Хэдийгээр тэдгээр нь өндөр интеграцчилалтай, бага хугацааны чичиргээтэй боловч шингээлтийн давхарга нь нимгэн (хэдэн микрометр) бөгөөд PDE нь ойрын хэт улаан туяаны бүсэд хязгаарлагдмал бөгөөд 850 нм-д ердөө 32% орчим байдаг.

2. Зузаан уулзвартай SPAD: Энэ нь хэдэн арван микрометрийн зузаантай шингээлтийн давхаргатай. Арилжааны бүтээгдэхүүнүүд 780 нм-д ойролцоогоор 70% PDE-тэй байдаг ч 80%-ийг нэвтлэх нь маш хэцүү байдаг.

3. Хэлхээний хязгаарлалтыг уншина уу: Зузаан уулзвартай SPAD нь цасан нуралтын өндөр магадлалыг хангахын тулд 30В-оос дээш хүчдэл шаарддаг. Уламжлалт хэлхээнд 68В унтраах хүчдэлтэй байсан ч PDE-г зөвхөн 75.1% хүртэл нэмэгдүүлэх боломжтой.

Шийдэл

SPAD-ийн хагас дамжуулагчийн бүтцийг оновчтой болгох. Арын гэрэлтүүлэгтэй загвар: Цахиурт туссан фотонууд экспоненциал байдлаар задардаг. Арын гэрэлтүүлэгтэй бүтэц нь фотонуудын дийлэнх хэсгийг шингээлтийн давхаргад шингээж, үүссэн электронуудыг нурангийн бүсэд шахаж оруулдаг. Цахиур дахь электронуудын иончлолын хурд нь нүхнийхээс өндөр тул электрон шахалт нь нурангийн магадлалыг нэмэгдүүлдэг. Допингийн нөхөн төлбөрийн нурангийн бүс: Бор ба фосфорын тасралтгүй диффузийн процессыг ашигласнаар гүехэн допингийг нөхөн төлж, цахилгаан оронг гүн бүсэд цөөн талст согогтой төвлөрүүлж, DCR зэрэг дуу чимээг үр дүнтэй бууруулдаг.

2. Өндөр хүчин чадалтай уншилтын хэлхээ. 50V өндөр далайцтай унтраалт Хурдан төлөвийн шилжилт; Олон горимт ажиллагаа: FPGA хяналтын QUENCHING болон RESET дохионуудыг хослуулснаар чөлөөт ажиллагаа (дохионы өдөөгч), хаалга (гадаад GATE хөтөч) болон эрлийз горимуудын хооронд уян хатан шилжилтийг хангана.

3. Төхөөрөмжийг бэлтгэх, савлах. SPAD вафлийн процессыг эрвээхэй хэлбэртэй багцтайгаар хэрэгжүүлсэн. SPAD нь AlN тээвэрлэгч суурьтай холбогдож, термоэлектрик хөргөгч (TEC) дээр босоо байдлаар суурилуулсан бөгөөд температурын хяналтыг термистороор дамжуулан гүйцэтгэдэг. Үр ашигтай холболтыг бий болгохын тулд олон горимт оптик шилэн кабелийг SPAD төвтэй нарийн уялдуулсан.

4. Гүйцэтгэлийн тохируулга. Тохируулгыг 785 нм пикосекунд импульсийн лазер диод (100 кГц) болон цаг-дижитал хөрвүүлэгч (TDC, 10 ps нягтрал) ашиглан гүйцэтгэсэн.

Хураангуй

SPAD бүтцийг оновчтой болгох (зузаан уулзвар, арын гэрэлтүүлэг, допинг нөхөн олговор) болон 50 В-ын унтраах хэлхээг шинэчлэх замаар энэхүү судалгаа нь цахиур дээр суурилсан дан фотон илрүүлэгчийн PDE-г 84.4% шинэ өндөрт амжилттай дэвшүүлсэн. Арилжааны бүтээгдэхүүнтэй харьцуулахад түүний цогц гүйцэтгэлийг мэдэгдэхүйц сайжруулж, квант харилцаа холбоо, квант тооцоолол, өндөр мэдрэмжтэй дүрслэл зэрэг хэт өндөр үр ашигтай, уян хатан ажиллагаа шаарддаг хэрэглээнд практик шийдлүүдийг санал болгосон. Энэхүү ажил нь цахиур дээр суурилсан цаашдын хөгжлийн бат бөх суурийг тавьсан.дан фотон илрүүлэгчтехнологи.