ເຄື່ອງກວດຈັບໂຟຕອນດຽວໄດ້ແຕກອອກໂດຍຜ່ານການ 80% ກະຕຸກປະສິດທິພາບ
ຮູບຖ່າຍດ່ຽວເຄື່ອງກວດຈັບພາບຖືກນໍາໃຊ້ຢ່າງກວ້າງຂວາງໃນຂົງເຂດຂອງ quantum photonics ແລະການຖ່າຍຮູບດຽວ photon ເນື່ອງຈາກຂໍ້ໄດ້ປຽບທີ່ຫນາແຫນ້ນແລະຄ່າໃຊ້ຈ່າຍຕ່ໍາ, ແຕ່ພວກເຂົາເຈົ້າກໍາລັງປະເຊີນກັບຂໍ້ບົກພ່ອງດ້ານວິຊາການດັ່ງຕໍ່ໄປນີ້.
ຂໍ້ຈໍາກັດດ້ານວິຊາການໃນປະຈຸບັນ
1.CMOS ແລະ thin-junction SPAD: ເຖິງແມ່ນວ່າພວກເຂົາເຈົ້າມີການເຊື່ອມໂຍງສູງແລະ jitter ໄລຍະເວລາຕ່ໍາ, ຊັ້ນການດູດຊຶມແມ່ນບາງ (ສອງສາມໄມໂຄມິເຕີ), ແລະ PDE ໄດ້ຖືກຈໍາກັດໃນພື້ນທີ່ໃກ້ກັບອິນຟາເລດ, ມີພຽງແຕ່ປະມານ 32% ຢູ່ທີ່ 850 nm.
2. Thick-junction SPAD: ມັນມີຊັ້ນດູດຊຶມຄວາມໜາຫຼາຍສິບໄມໂຄແມັດ. ຜະລິດຕະພັນການຄ້າມີ PDE ປະມານ 70% ຢູ່ທີ່ 780 nm, ແຕ່ການທໍາລາຍ 80% ແມ່ນສິ່ງທ້າທາຍທີ່ສຸດ.
3. ອ່ານຂໍ້ຈຳກັດຂອງວົງຈອນ: Thick-junction SPAD ຕ້ອງການແຮງດັນ overbias ເກີນ 30V ເພື່ອຮັບປະກັນຄວາມເປັນໄປໄດ້ສູງຂອງ avalanche. ເຖິງແມ່ນວ່າມີແຮງດັນໄຟຟ້າ 68V ໃນວົງຈອນແບບດັ້ງເດີມ, PDE ສາມາດເພີ່ມຂຶ້ນພຽງແຕ່ 75.1%.
ການແກ້ໄຂ
ເພີ່ມປະສິດທິພາບໂຄງສ້າງ semiconductor ຂອງ SPAD. ການອອກແບບແສງດ້ານຫຼັງ: ໂຟຕອນທີ່ເກີດການເສື່ອມໂຊມໃນຊິລິຄອນ. ໂຄງສ້າງທີ່ມີແສງສະຫວ່າງດ້ານຫລັງຮັບປະກັນວ່າໂຟຕອນສ່ວນໃຫຍ່ຖືກດູດຊຶມຢູ່ໃນຊັ້ນດູດຊຶມ, ແລະເອເລັກໂຕຣນິກທີ່ຜະລິດໄດ້ຖືກສີດເຂົ້າໄປໃນພາກພື້ນ avalanche. ເນື່ອງຈາກວ່າອັດຕາການ ionization ຂອງເອເລັກໂຕຣນິກໃນຊິລິໂຄນແມ່ນສູງກວ່າຂຸມ, ການສີດເອເລັກໂຕຣນິກເຮັດໃຫ້ຄວາມເປັນໄປໄດ້ສູງຂອງ avalanche. Doping ການຊົດເຊີຍພາກພື້ນ avalanche: ໂດຍການນໍາໃຊ້ຂະບວນການແຜ່ກະຈາຍຢ່າງຕໍ່ເນື່ອງຂອງ boron ແລະ phosphorus, doping ຕື້ນໄດ້ຮັບການຊົດເຊີຍເພື່ອສຸມໃສ່ພາກສະຫນາມໄຟຟ້າໃນເຂດເລິກທີ່ມີຂໍ້ບົກພ່ອງໄປເຊຍກັນຫນ້ອຍ, ປະສິດທິພາບການຫຼຸດຜ່ອນສິ່ງລົບກວນເຊັ່ນ DCR.
2. ວົງຈອນການອ່ານປະສິດທິພາບສູງ. 50V ຄວາມກວ້າງຂວາງສູງ quenching ການຫັນປ່ຽນລັດໄວ; ການປະຕິບັດແບບ Multimodal: ໂດຍການສົມທົບ FPGA ຄວບຄຸມ QUENCHING ແລະ RESET ສັນຍານ, ການສະຫຼັບທີ່ມີຄວາມຍືດຫຍຸ່ນລະຫວ່າງການດໍາເນີນງານຟຣີ (ຜົນກະທົບຕໍ່ສັນຍານ), gating (ຂັບ GATE ພາຍນອກ), ແລະຮູບແບບປະສົມແມ່ນບັນລຸໄດ້.
3. ການກະກຽມອຸປະກອນແລະການຫຸ້ມຫໍ່. ຂະບວນການ SPAD wafer ໄດ້ຖືກຮັບຮອງເອົາ, ມີຊຸດ butterfly. SPAD ຖືກຜູກມັດກັບຊັ້ນຍ່ອຍຂອງຜູ້ໃຫ້ບໍລິການ AlN ແລະຕິດຕັ້ງຕາມແນວຕັ້ງຢູ່ໃນເຄື່ອງເຮັດຄວາມເຢັນຂອງເຄື່ອງຄວບຄຸມອຸນຫະພູມ (TEC), ແລະການຄວບຄຸມອຸນຫະພູມແມ່ນບັນລຸໄດ້ໂດຍຜ່ານເຄື່ອງເຮັດຄວາມຮ້ອນ. ເສັ້ນໃຍ optical multimode ແມ່ນສອດຄ່ອງຢ່າງຖືກຕ້ອງກັບສູນ SPAD ເພື່ອບັນລຸການເຊື່ອມປະໂຍດທີ່ມີປະສິດທິພາບ.
4. ການປັບທຽບປະສິດທິພາບ. ການປັບທຽບໄດ້ຖືກປະຕິບັດໂດຍໃຊ້ 785 nm picosecond laser pulsed diode (100 kHz) ແລະຕົວແປງເວລາດິຈິຕອນ (TDC, ຄວາມລະອຽດ 10 ps).
ສະຫຼຸບ
ໂດຍການເພີ່ມປະສິດທິພາບໂຄງສ້າງ SPAD (ຈຸດເຊື່ອມຕໍ່ຫນາ, ແສງກັບຄືນໄປບ່ອນ, ການຊົດເຊີຍ doping) ແລະການປະດິດສ້າງວົງຈອນ 50 V quenching, ການສຶກສານີ້ປະສົບຜົນສໍາເລັດຍູ້ PDE ຂອງເຄື່ອງກວດຈັບໂຟຕອນດຽວທີ່ໃຊ້ຊິລິໂຄນໄປສູ່ຄວາມສູງໃຫມ່ຂອງ 84.4%. ເມື່ອປຽບທຽບກັບຜະລິດຕະພັນການຄ້າ, ການປະຕິບັດທີ່ສົມບູນແບບຂອງມັນຖືກປັບປຸງຢ່າງຫຼວງຫຼາຍ, ສະຫນອງການແກ້ໄຂການປະຕິບັດສໍາລັບການນໍາໃຊ້ເຊັ່ນ: ການສື່ສານ quantum, ຄອມພິວເຕີ້ quantum, ແລະການຖ່າຍຮູບທີ່ມີຄວາມອ່ອນໄຫວສູງທີ່ຕ້ອງການປະສິດທິພາບສູງແລະການດໍາເນີນງານທີ່ມີຄວາມຍືດຫຍຸ່ນ. ວຽກງານນີ້ໄດ້ວາງພື້ນຖານອັນແຂງແຮງໃຫ້ແກ່ການພັດທະນາຕື່ມອີກຂອງການໃຊ້ຊິລິຄອນເຄື່ອງກວດຈັບໂຟຕອນດຽວເຕັກໂນໂລຊີ.
ເວລາປະກາດ: ຕຸລາ 28-2025