Unu-fotona fotodetektilorompis la 80%-an efikec-proplempunkton
Unu-fotonafotodetektiloestas vaste uzataj en la kampoj de kvantuma fotoniko kaj unu-fotona bildigo pro siaj kompaktaj kaj malaltkostaj avantaĝoj, sed ili alfrontas la jenajn teknikajn proplempunktojn.
Nunaj teknikaj limigoj
1. CMOS kaj maldik-krucvoja SPAD: Kvankam ili havas altan integriĝon kaj malaltan tempigan jitter-on, la absorba tavolo estas maldika (kelkaj mikrometroj), kaj la PDE estas limigita en la preskaŭ-infraruĝa regiono, kun nur ĉirkaŭ 32% je 850 nm.
2. Dik-krucvoja SPAD: Ĝi havas absorban tavolon dekojn da mikrometroj dikan. Komercaj produktoj havas PDE de proksimume 70% je 780 nm, sed trapasi 80% estas ekstreme malfacile.
3. Limigoj de la cirkvito: Dik-krucvoja SPAD postulas superpolarigan tension de pli ol 30V por certigi altan lavangoprobablecon. Eĉ kun estinga tensio de 68V en tradiciaj cirkvitoj, la PDE povas esti pliigita nur ĝis 75.1%.
Solvo
Optimumigu la duonkonduktaĵan strukturon de SPAD. Malantaŭlumigita dezajno: Incidentaj fotonoj malkreskas eksponente en silicio. La malantaŭlumigita strukturo certigas, ke la plimulto de fotonoj estas sorbitaj en la sorba tavolo, kaj la generitaj elektronoj estas injektitaj en la lavangan regionon. Ĉar la joniga rapideco de elektronoj en silicio estas pli alta ol tiu de truoj, elektrona injekto provizas pli altan probablecon de lavango. Dopa kompenso por lavanga regiono: Uzante la kontinuan difuzan procezon de boro kaj fosforo, la malprofunda dopado estas kompensita por koncentri la elektran kampon en la profunda regiono kun malpli da kristalaj difektoj, efike reduktante bruon kiel DCR.
2. Alt-efikeca lega cirkvito. 50V alt-amplituda estingado Rapida ŝtata transiro; Multmodala operacio: Kombinante FPGA-kontrolajn ESTINGADO- kaj RESTARIGO-signalojn, oni atingas flekseblan ŝaltadon inter libera operacio (signala ellasilo), pordego (ekstera PORDEGA stirado) kaj hibridaj reĝimoj.
3. Preparado kaj pakado de la aparato. La SPAD-plata procezo estas uzata, kun papilia pakaĵo. La SPAD estas ligita al la AlN-portanta substrato kaj vertikale instalita sur la termoelektra malvarmigilo (TEC), kaj temperaturkontrolo estas atingita per termistoro. Plurmodaj optikaj fibroj estas precize vicigitaj kun la SPAD-centro por atingi efikan kupladon.
4. Kalibrado de rendimento. Kalibrado estis efektivigita uzante 785 nm pikosekundan pulsan laserdiodon (100 kHz) kaj tempo-ciferecan konvertilon (TDC, 10 ps rezolucio).
Resumo
Optimumigante la SPAD-strukturon (dika krucvojo, malantaŭe lumigita, dopkompenso) kaj novigante la 50-V-an sensoifcirkviton, ĉi tiu studo sukcese puŝis la PDE-on de la silicio-bazita unu-fotona detektilo al nova alteco de 84.4%. Kompare kun komercaj produktoj, ĝia ampleksa funkciado estis signife plibonigita, provizante praktikajn solvojn por aplikoj kiel kvantuma komunikado, kvantuma komputado kaj alt-sentema bildigo, kiuj postulas ultra-altan efikecon kaj flekseblan funkciadon. Ĉi tiu laboro metis solidan fundamenton por la plia disvolviĝo de silicio-bazitaj...unu-fotona detektiloteknologio.
Afiŝtempo: 28-a de oktobro 2025