Միաֆոտոնային լուսադետեկտորհաղթահարել են 80% արդյունավետության խոչընդոտը
Միաֆոտոնլուսադետեկտորլայնորեն կիրառվում են քվանտային ֆոտոնիկայի և միաֆոտոնային պատկերման ոլորտներում՝ իրենց կոմպակտության և ցածր գնի առավելությունների շնորհիվ, սակայն դրանք բախվում են հետևյալ տեխնիկական խոչընդոտների հետ։
Ընթացիկ տեխնիկական սահմանափակումներ
1. CMOS և բարակ միացումով SPAD. Չնայած դրանք ունեն բարձր ինտեգրացիա և ցածր ժամանակային տատանում, կլանման շերտը բարակ է (մի քանի միկրոմետր), և մասնակի դիֆերենցիալ դիֆերենցիալ դիֆերենցիալը սահմանափակ է մոտ-ինֆրակարմիր տիրույթում՝ 850 նմ-ում ընդամենը մոտ 32%-ով։
2. Հաստ միացման SPAD: Այն ունի տասնյակ միկրոմետր հաստության կլանման շերտ: Առևտրային արտադրանքը 780 նմ-ում ունի մոտավորապես 70% մասնակի դիֆերենցիալ դիֆերենցիալ գործակից (PDE), սակայն 80%-ը հաղթահարելը չափազանց դժվար է:
3. Ցանցի սահմանափակումները. Հաստ միացման SPAD-ը պահանջում է 30 Վ-ից բարձր գերլարման լարում՝ ձնահոսքի բարձր հավանականություն ապահովելու համար: Նույնիսկ ավանդական շղթաներում 68 Վ մարման լարման դեպքում, մասնակի դիֆերենցիալ դիֆերենցիալ տարբերությունը (PDE) կարող է մեծացվել միայն մինչև 75.1%:
Լուծում
Օպտիմալացնել SPAD-ի կիսահաղորդչային կառուցվածքը: Հետին լուսավորությամբ նախագծում. միջադեպային ֆոտոնները սիլիցիումում էքսպոնենցիալ քայքայվում են: Հետին լուսավորությամբ կառուցվածքը ապահովում է, որ ֆոտոնների մեծ մասը կլանվի կլանման շերտում, իսկ առաջացած էլեկտրոնները ներարկվեն ձնահոսքի տարածք: Քանի որ սիլիցիումում էլեկտրոնների իոնացման արագությունն ավելի բարձր է, քան անցքերի, էլեկտրոնների ներարկումն ապահովում է ձնահոսքի ավելի մեծ հավանականություն: Լոգինգի փոխհատուցման ձնահոսքի տարածք. Բորի և ֆոսֆորի անընդհատ դիֆուզիայի գործընթացն օգտագործելով՝ մակերեսային լոգավորումը փոխհատուցվում է՝ էլեկտրական դաշտը կենտրոնացնելու խորը տարածքում՝ ավելի քիչ բյուրեղային արատներով, արդյունավետորեն նվազեցնելով աղմուկը, ինչպիսին է DCR-ը:
2. Բարձր արդյունավետությամբ ընթերցման սխեմա։ 50 Վ բարձր ամպլիտուդային մարում։ Արագ վիճակի անցում։ Բազմամոդալ աշխատանք. FPGA կառավարման QUENCHING և RESET ազդանշանների համատեղմամբ ապահովվում է ազատ աշխատանքի (ազդանշանի ակտիվացում), դարպասավորման (արտաքին GATE շարժիչ) և հիբրիդային ռեժիմների միջև ճկուն անցում։
3. Սարքի պատրաստում և փաթեթավորում: Կիրառվում է SPAD վաֆլիի մեթոդը՝ թիթեռի փաթեթավորմամբ: SPAD-ը միացվում է AlN կրող հիմքին և ուղղահայաց տեղադրվում է ջերմաէլեկտրական սառեցուցիչի (TEC) վրա, իսկ ջերմաստիճանի կարգավորումն իրականացվում է թերմիստորի միջոցով: Բազմամոդ օպտիկական մանրաթելերը ճշգրտորեն դասավորված են SPAD կենտրոնի հետ՝ արդյունավետ կապ ապահովելու համար:
4. Արդյունավետության կարգավորում։ Կարգավորումն իրականացվել է 785 նմ պիկովայրկյանային իմպուլսային լազերային դիոդի (100 կՀց) և ժամանակ-թվային փոխարկիչի (TDC, 10 պվ լուծաչափ) միջոցով։
Ամփոփում
SPAD կառուցվածքի (հաստ միացում, հետին լուսավորություն, խառնուրդային փոխհատուցում) օպտիմալացման և 50 Վ լարման մարման սխեմայի նորարարության միջոցով, այս ուսումնասիրությունը հաջողությամբ սիլիցիումային հիմքով միաֆոտոնային դետեկտորի մասնիկային դիֆերենցիալ ...միաֆոտոնային դետեկտորտեխնոլոգիա
Հրապարակման ժամանակը. Հոկտեմբերի 28-2025