एकल-फोटोन फोटोडिटेक्टर८०% दक्षताको अवरोध पार गरेको छ
एकल-फोटोनफोटोडिटेक्टरकम्प्याक्ट र कम लागतका फाइदाहरूका कारण क्वान्टम फोटोनिक्स र सिंगल-फोटोन इमेजिङको क्षेत्रमा व्यापक रूपमा प्रयोग गरिन्छ, तर तिनीहरूले निम्न प्राविधिक अवरोधहरूको सामना गर्छन्।
हालका प्राविधिक सीमितताहरू
१.CMOS र पातलो-जंक्शन SPAD: यद्यपि तिनीहरूमा उच्च एकीकरण र कम समय जिटर छ, अवशोषण तह पातलो छ (केही माइक्रोमिटर), र PDE नजिक-इन्फ्रारेड क्षेत्रमा सीमित छ, ८५० nm मा लगभग ३२% मात्र छ।
२. बाक्लो-जंक्शन SPAD: यसमा दशौं माइक्रोमिटर बाक्लो अवशोषण तह हुन्छ। व्यावसायिक उत्पादनहरूमा ७८० nm मा लगभग ७०% PDE हुन्छ, तर ८०% तोड्नु अत्यन्तै चुनौतीपूर्ण हुन्छ।
३. सर्किट सीमितताहरू पढ्नुहोस्: थिक-जंक्शन SPAD लाई उच्च हिमस्खलन सम्भावना सुनिश्चित गर्न ३०V भन्दा बढीको ओभरबायस भोल्टेज चाहिन्छ। परम्परागत सर्किटहरूमा ६८V को क्वेन्चिङ भोल्टेज भए पनि, PDE लाई ७५.१% मात्र बढाउन सकिन्छ।
समाधान
SPAD को अर्धचालक संरचनालाई अनुकूलन गर्नुहोस्। पछाडि-प्रकाशित डिजाइन: सिलिकनमा घटना फोटनहरू तीव्र रूपमा क्षय हुन्छन्। पछाडि-प्रकाशित संरचनाले सुनिश्चित गर्दछ कि अधिकांश फोटनहरू अवशोषण तहमा अवशोषित हुन्छन्, र उत्पन्न इलेक्ट्रोनहरू हिमस्खलन क्षेत्रमा इन्जेक्ट हुन्छन्। सिलिकनमा इलेक्ट्रोनहरूको आयनीकरण दर प्वालहरूको भन्दा बढी भएकोले, इलेक्ट्रोन इन्जेक्सनले हिमस्खलनको उच्च सम्भावना प्रदान गर्दछ। डोपिङ क्षतिपूर्ति हिमस्खलन क्षेत्र: बोरोन र फस्फोरसको निरन्तर प्रसार प्रक्रिया प्रयोग गरेर, कम क्रिस्टल दोषहरू भएको गहिरो क्षेत्रमा विद्युतीय क्षेत्रलाई केन्द्रित गर्न उथले डोपिङलाई क्षतिपूर्ति दिइन्छ, जसले DCR जस्ता आवाजलाई प्रभावकारी रूपमा कम गर्दछ।
२. उच्च-प्रदर्शन रीडआउट सर्किट। ५०V उच्च आयाम शमन द्रुत अवस्था संक्रमण; बहुमोडल सञ्चालन: FPGA नियन्त्रण शमन र रिसेट संकेतहरू संयोजन गरेर, फ्री अपरेशन (सिग्नल ट्रिगर), गेटिङ (बाह्य गेट ड्राइभ), र हाइब्रिड मोडहरू बीच लचिलो स्विचिंग प्राप्त गरिन्छ।
३. उपकरण तयारी र प्याकेजिङ। SPAD वेफर प्रक्रिया अपनाइएको छ, जसमा पुतली प्याकेज छ। SPAD AlN क्यारियर सब्सट्रेटमा बाँधिएको छ र थर्मोइलेक्ट्रिक कूलर (TEC) मा ठाडो रूपमा स्थापित छ, र तापक्रम नियन्त्रण थर्मिस्टर मार्फत प्राप्त गरिन्छ। कुशल युग्मन प्राप्त गर्न मल्टिमोड अप्टिकल फाइबरहरू SPAD केन्द्रसँग ठीकसँग पङ्क्तिबद्ध छन्।
४. कार्यसम्पादन क्यालिब्रेसन। ७८५ एनएम पिकोसेकेन्ड पल्स्ड लेजर डायोड (१०० किलोहर्ट्ज) र टाइम-डिजिटल कन्भर्टर (टीडीसी, १० पीएस रिजोल्युसन) प्रयोग गरेर क्यालिब्रेसन गरिएको थियो।
निष्कर्षमा
SPAD संरचना (बाक्लो जंक्शन, ब्याक-इलुमिनेटेड, डोपिङ क्षतिपूर्ति) लाई अनुकूलन गरेर र ५० V क्वेन्चिङ सर्किटलाई नवीन बनाएर, यो अध्ययनले सिलिकन-आधारित एकल-फोटोन डिटेक्टरको PDE लाई ८४.४% को नयाँ उचाइमा सफलतापूर्वक धकेल्यो। व्यावसायिक उत्पादनहरूको तुलनामा, यसको व्यापक कार्यसम्पादनमा उल्लेखनीय वृद्धि गरिएको छ, जसले क्वान्टम कम्युनिकेसन, क्वान्टम कम्प्युटिङ, र उच्च-संवेदनशीलता इमेजिङ जस्ता अनुप्रयोगहरूको लागि व्यावहारिक समाधान प्रदान गर्दछ जसलाई अति-उच्च दक्षता र लचिलो सञ्चालन आवश्यक पर्दछ। यो कामले सिलिकन-आधारितको थप विकासको लागि ठोस जग बसालेको छ।एकल-फोटोन डिटेक्टरप्रविधि।
पोस्ट समय: अक्टोबर-२८-२०२५