Fotoi bakarreko fotodetektagailua% 80ko eraginkortasun-oztopoa gainditu dute
Fotoi bakarrafotodetektagailufotonika kuantikoaren eta fotoi bakarreko irudigintzaren arloan oso erabiliak dira, trinkoa eta kostu txikiko abantailak dituztelako, baina oztopo tekniko hauek dituzte.
Gaur egungo muga teknikoak
1.CMOS eta juntura meheko SPAD: Integrazio handia eta denbora-jitter baxua izan arren, xurgapen-geruza mehea da (mikrometro batzuk), eta PDEa infragorri hurbileko eskualdean mugatua da, % 32 inguru baino ez duelarik 850 nm-tan.
2. SPAD juntura lodia: Hamarnaka mikrometroko lodierako xurgapen-geruza bat dauka. Produktu komertzialek % 70 inguruko PDE bat dute 780 nm-tan, baina % 80 haustea oso zaila da.
3. Irakurri zirkuituaren mugak: Juntura lodiko SPADak 30V-tik gorako gainpolarizazio tentsioa behar du elur-jausi probabilitate handia bermatzeko. Zirkuitu tradizionaletan 68V-ko itzaltze tentsioarekin ere, PDE %75,1era baino ezin da handitu.
Irtenbidea
SPAD-en erdieroaleen egitura optimizatu. Atzetik argiztatutako diseinua: Fotoi intzidenteak esponentzialki desintegratzen dira silizioan. Atzetik argiztatutako egiturak fotoi gehienak xurgapen-geruzan xurgatzen direla ziurtatzen du, eta sortutako elektroiak elur-jausi eskualdean injektatzen direla. Silizioan elektroien ionizazio-tasa zuloena baino handiagoa denez, elektroi-injekzioek elur-jausi probabilitate handiagoa ematen dute. Dopaketaren konpentsazioa elur-jausi eskualdea: Boroaren eta fosforoaren difusio-prozesu jarraitua erabiliz, azaleko dopaketa konpentsatzen da eremu elektrikoa kristal-akats gutxiago dituen eskualde sakonean kontzentratzeko, DCR bezalako zarata eraginkortasunez murriztuz.
2. Irakurketa zirkuitu errendimendu handikoa. 50V-ko anplitude handiko itzaltzea Egoera-trantsizio azkarra; Funtzionamendu multimodala: FPGA kontrol-itzaltze eta berrezartze seinaleak konbinatuz, funtzionamendu librearen (seinale-abiarazlea), atea (kanpoko GATE unitatearen) eta modu hibridoen arteko aldaketa malgua lortzen da.
3. Gailuaren prestaketa eta ontziratzea. SPAD oblearen prozesua erabiltzen da, tximeleta-pakete batekin. SPAD AlN garraiatzaile substratuari lotzen zaio eta bertikalki instalatzen da hozkailu termoelektrikoan (TEC), eta tenperaturaren kontrola termistore baten bidez lortzen da. Zuntz optiko multimodoak SPAD erdigunearekin lerrokatuta daude akoplamendu eraginkorra lortzeko.
4. Errendimenduaren kalibrazioa. Kalibrazioa 785 nm-ko pikosegundoko laser diodo pultsatzaile bat (100 kHz) eta denbora-bihurgailu digital bat (TDC, 10 ps-ko bereizmena) erabiliz egin zen.
Laburpena
SPAD egitura optimizatuz (juntura lodia, atzetik argiztatua, dopaje konpentsazioa) eta 50 V-ko itzaltze zirkuitua berrituz, ikerketa honek siliziozko fotoi bakarreko detektagailuaren PDE arrakastaz bultzatu du. % 84,4ko maila berri batera. Produktu komertzialekin alderatuta, bere errendimendu osoa nabarmen hobetu da, eta irtenbide praktikoak eskaini ditu eraginkortasun ultra-handia eta funtzionamendu malgua behar duten komunikazio kuantikoa, konputazio kuantikoa eta sentikortasun handiko irudigintza bezalako aplikazioetarako. Lan honek oinarri sendoa ezarri du siliziozko detektagailuen garapen gehiagorako.fotoi bakarreko detektagailuateknologia.
Argitaratze data: 2025eko urriaren 28a