Kitambua picha cha fotoni moja kimepitia kizuizi cha ufanisi cha 80%.

Kitambuzi cha picha cha picha mojawamepitia kizuizi cha ufanisi cha 80%.

Photon mojakigundua pichahutumika sana katika nyanja za picha za quantum na picha za picha moja kwa sababu ya faida zao ngumu na za bei ya chini, lakini zinakabiliwa na vikwazo vifuatavyo vya kiufundi.

Vikwazo vya sasa vya kiufundi

1.CMOS na sehemu nyembamba ya SPAD: Ingawa zina muunganisho wa hali ya juu na jita ya muda wa chini, safu ya kunyonya ni nyembamba (mikromita chache), na PDE ina kikomo katika eneo la karibu la infrared, ikiwa na takriban 32% tu katika 850 nm.

2. Thick-junction SPAD: Inaangazia safu ya kunyonya makumi ya mikromita nene. Bidhaa za kibiashara zina PDE ya takriban 70% kwa 780 nm, lakini kuvunja 80% ni changamoto kubwa.

3. Soma vikwazo vya mzunguko: SPAD ya makutano mazito inahitaji voltage ya overbias ya zaidi ya 30V ili kuhakikisha uwezekano mkubwa wa banguko. Hata kwa voltage ya kuzima ya 68V katika nyaya za jadi, PDE inaweza tu kuongezeka hadi 75.1%.

Suluhisho

Boresha muundo wa semiconductor wa SPAD. Muundo ulioangaziwa nyuma: Tukio la fotoni huoza kwa kasi katika silikoni. Muundo ulioangaziwa nyuma huhakikisha kwamba fotoni nyingi zimefyonzwa kwenye safu ya kunyonya, na elektroni zinazozalishwa hudungwa kwenye eneo la poromoko. Kwa sababu kiwango cha ionization cha elektroni katika silicon ni cha juu kuliko cha mashimo, sindano ya elektroni hutoa uwezekano mkubwa wa banguko. Eneo la Banguko la Fidia ya Doping: Kwa kutumia mchakato unaoendelea wa uenezaji wa boroni na fosforasi, kiwango cha chini cha doping hulipwa ili kuzingatia eneo la umeme katika eneo la kina lenye kasoro chache za fuwele, kwa ufanisi kupunguza kelele kama vile DCR.

2. Mzunguko wa usomaji wa utendaji wa juu. 50V amplitude ya juu kuzima Mpito wa hali ya haraka; Uendeshaji wa aina nyingi: Kwa kuchanganya udhibiti wa FPGA QUENCHING na UPYA mawimbi, ubadilishaji unaonyumbulika kati ya uendeshaji usiolipishwa (kichochezi cha mawimbi), upenyezaji (kiendeshi cha GATE ya nje), na modi mseto hupatikana.

3. Maandalizi ya kifaa na ufungaji. Mchakato wa kaki wa SPAD unapitishwa, na kifurushi cha kipepeo. SPAD huunganishwa kwenye substrate ya mtoa huduma ya AlN na kusakinishwa kwa wima kwenye kipozaji cha umeme wa joto (TEC), na udhibiti wa halijoto unapatikana kupitia kidhibiti joto. Nyuzi za macho za Multimode zimeunganishwa kwa usahihi na kituo cha SPAD ili kufikia kuunganisha kwa ufanisi.

4. Urekebishaji wa utendaji. Urekebishaji ulifanyika kwa kutumia diode ya laser ya 785 nm picosecond pulsed (100 kHz) na kibadilishaji cha dijiti cha wakati (TDC, azimio la 10 ps).

Muhtasari

Kwa kuboresha muundo wa SPAD (makutano nene, mwanga wa nyuma, fidia ya doping) na kuvumbua saketi ya kuzima ya V 50, utafiti huu kwa mafanikio ulisukuma PDE ya kigundua fotoni chenye msingi wa silicon hadi urefu mpya wa 84.4%. Ikilinganishwa na bidhaa za kibiashara, utendakazi wake wa kina umeimarishwa kwa kiasi kikubwa, na kutoa masuluhisho ya vitendo kwa matumizi kama vile mawasiliano ya kiasi, kompyuta ya kiasi, na taswira ya unyeti wa hali ya juu ambayo inahitaji ufanisi wa hali ya juu na utendakazi unaonyumbulika. Kazi hii imeweka msingi thabiti wa maendeleo zaidi ya msingi wa siliconkigunduzi cha picha mojateknolojia.