സിംഗിൾ-ഫോട്ടോൺ ഫോട്ടോഡിറ്റക്ടർ 80% കാര്യക്ഷമത തടസ്സം മറികടന്നു.

സിംഗിൾ-ഫോട്ടോൺ ഫോട്ടോഡിറ്റക്ടർ80% കാര്യക്ഷമതയിലെ തടസ്സം മറികടന്നു.

സിംഗിൾ-ഫോട്ടോൺഫോട്ടോഡിറ്റക്ടർഒതുക്കമുള്ളതും കുറഞ്ഞ ചെലവിലുള്ളതുമായ ഗുണങ്ങൾ കാരണം ക്വാണ്ടം ഫോട്ടോണിക്സ്, സിംഗിൾ-ഫോട്ടോൺ ഇമേജിംഗ് എന്നീ മേഖലകളിൽ ഇവ വ്യാപകമായി ഉപയോഗിക്കപ്പെടുന്നു, പക്ഷേ അവ ഇനിപ്പറയുന്ന സാങ്കേതിക തടസ്സങ്ങളെ അഭിമുഖീകരിക്കുന്നു.

നിലവിലെ സാങ്കേതിക പരിമിതികൾ

1.CMOS ഉം നേർത്ത ജംഗ്ഷൻ SPAD ഉം: ഉയർന്ന സംയോജനവും കുറഞ്ഞ സമയ ചലനവും ഉണ്ടെങ്കിലും, ആഗിരണം പാളി നേർത്തതാണ് (കുറച്ച് മൈക്രോമീറ്ററുകൾ), കൂടാതെ നിയർ-ഇൻഫ്രാറെഡ് മേഖലയിൽ PDE പരിമിതമാണ്, 850 nm ൽ ഏകദേശം 32% മാത്രം.

2. കട്ടിയുള്ള ജംഗ്ഷൻ SPAD: ഇതിന് പതിനായിരക്കണക്കിന് മൈക്രോമീറ്റർ കട്ടിയുള്ള ഒരു ആഗിരണം പാളി ഉണ്ട്. വാണിജ്യ ഉൽപ്പന്നങ്ങൾക്ക് 780 nm-ൽ ഏകദേശം 70% PDE ഉണ്ട്, എന്നാൽ 80% ഭേദിക്കുന്നത് വളരെ വെല്ലുവിളി നിറഞ്ഞതാണ്.

3. സർക്യൂട്ട് പരിമിതികൾ വായിക്കുക: ഉയർന്ന ഹിമപാത സാധ്യത ഉറപ്പാക്കാൻ കട്ടിയുള്ള ജംഗ്ഷൻ SPAD-ന് 30V-ൽ കൂടുതൽ ഓവർബയാസ് വോൾട്ടേജ് ആവശ്യമാണ്. പരമ്പരാഗത സർക്യൂട്ടുകളിൽ 68V ക്വഞ്ചിംഗ് വോൾട്ടേജ് ഉണ്ടെങ്കിലും, PDE 75.1% ആയി മാത്രമേ വർദ്ധിപ്പിക്കാൻ കഴിയൂ.

പരിഹാരം

SPAD യുടെ സെമികണ്ടക്ടർ ഘടന ഒപ്റ്റിമൈസ് ചെയ്യുക. ബാക്ക്-ഇല്യൂമിനേറ്റഡ് ഡിസൈൻ: സിലിക്കണിൽ ഇൻസിഡന്റ് ഫോട്ടോണുകൾ ക്രമാതീതമായി ക്ഷയിക്കുന്നു. ബാക്ക്-ഇല്യൂമിനേറ്റഡ് ഘടന ഫോട്ടോണുകളിൽ ഭൂരിഭാഗവും ആഗിരണം ചെയ്യപ്പെടുന്ന പാളിയിൽ ആഗിരണം ചെയ്യപ്പെടുന്നുവെന്നും, ഉൽ‌പാദിപ്പിക്കപ്പെടുന്ന ഇലക്ട്രോണുകൾ അവലാഞ്ച് മേഖലയിലേക്ക് കുത്തിവയ്ക്കപ്പെടുന്നുവെന്നും ഉറപ്പാക്കുന്നു. സിലിക്കണിലെ ഇലക്ട്രോണുകളുടെ അയോണൈസേഷൻ നിരക്ക് ദ്വാരങ്ങളേക്കാൾ കൂടുതലായതിനാൽ, ഇലക്ട്രോൺ ഇൻജക്ഷൻ ഹിമപാതത്തിന്റെ ഉയർന്ന സാധ്യത നൽകുന്നു. ഡോപ്പിംഗ് നഷ്ടപരിഹാരം അവലാഞ്ച് മേഖല: ബോറോണിന്റെയും ഫോസ്ഫറസിന്റെയും തുടർച്ചയായ വ്യാപന പ്രക്രിയ ഉപയോഗിക്കുന്നതിലൂടെ, ആഴത്തിലുള്ള ഡോപ്പിംഗ് കുറഞ്ഞ ക്രിസ്റ്റൽ വൈകല്യങ്ങളുള്ള ആഴത്തിലുള്ള മേഖലയിലെ വൈദ്യുത മണ്ഡലത്തെ കേന്ദ്രീകരിക്കുന്നതിന് നഷ്ടപരിഹാരം നൽകുന്നു, ഇത് DCR പോലുള്ള ശബ്ദത്തെ ഫലപ്രദമായി കുറയ്ക്കുന്നു.

2. ഉയർന്ന പ്രകടനമുള്ള റീഡൗട്ട് സർക്യൂട്ട്. 50V ഹൈ ആംപ്ലിറ്റ്യൂഡ് ക്വഞ്ചിംഗ് ഫാസ്റ്റ് സ്റ്റേറ്റ് ട്രാൻസിഷൻ; മൾട്ടിമോഡൽ പ്രവർത്തനം: FPGA കൺട്രോൾ ക്വഞ്ചിംഗും റീസെറ്റ് സിഗ്നലുകളും സംയോജിപ്പിക്കുന്നതിലൂടെ, ഫ്രീ ഓപ്പറേഷൻ (സിഗ്നൽ ട്രിഗർ), ഗേറ്റിംഗ് (ബാഹ്യ ഗേറ്റ് ഡ്രൈവ്), ഹൈബ്രിഡ് മോഡുകൾ എന്നിവയ്ക്കിടയിൽ ഫ്ലെക്സിബിൾ സ്വിച്ചിംഗ് കൈവരിക്കാനാകും.

3. ഉപകരണം തയ്യാറാക്കലും പാക്കേജിംഗും. ഒരു ബട്ടർഫ്ലൈ പാക്കേജിനൊപ്പം SPAD വേഫർ പ്രക്രിയ സ്വീകരിച്ചിരിക്കുന്നു. SPAD AlN കാരിയർ സബ്‌സ്‌ട്രേറ്റുമായി ബന്ധിപ്പിച്ചിരിക്കുന്നു, കൂടാതെ തെർമോഇലക്ട്രിക് കൂളറിൽ (TEC) ലംബമായി ഇൻസ്റ്റാൾ ചെയ്തിട്ടുണ്ട്, കൂടാതെ ഒരു തെർമിസ്റ്റർ വഴി താപനില നിയന്ത്രണം കൈവരിക്കുന്നു. കാര്യക്ഷമമായ കപ്ലിംഗ് നേടുന്നതിന് മൾട്ടിമോഡ് ഒപ്റ്റിക്കൽ ഫൈബറുകൾ SPAD സെന്ററുമായി കൃത്യമായി വിന്യസിച്ചിരിക്കുന്നു.

4. പ്രകടന കാലിബ്രേഷൻ. 785 nm പിക്കോസെക്കൻഡ് പൾസ്ഡ് ലേസർ ഡയോഡും (100 kHz) ഒരു ടൈം-ഡിജിറ്റൽ കൺവെർട്ടറും (TDC, 10 ps റെസല്യൂഷൻ) ഉപയോഗിച്ചാണ് കാലിബ്രേഷൻ നടത്തിയത്.

സംഗ്രഹം

SPAD ഘടന (കട്ടിയുള്ള ജംഗ്ഷൻ, ബാക്ക്-ഇല്യൂമിനേറ്റഡ്, ഡോപ്പിംഗ് കോമ്പൻസേഷൻ) ഒപ്റ്റിമൈസ് ചെയ്തുകൊണ്ടും 50 V ക്വഞ്ചിംഗ് സർക്യൂട്ട് നവീകരിച്ചുകൊണ്ടും, ഈ പഠനം സിലിക്കൺ അധിഷ്ഠിത സിംഗിൾ-ഫോട്ടോൺ ഡിറ്റക്ടറിന്റെ PDE യെ 84.4% എന്ന പുതിയ ഉയരത്തിലേക്ക് വിജയകരമായി എത്തിച്ചു. വാണിജ്യ ഉൽപ്പന്നങ്ങളുമായി താരതമ്യപ്പെടുത്തുമ്പോൾ, അതിന്റെ സമഗ്രമായ പ്രകടനം ഗണ്യമായി മെച്ചപ്പെടുത്തിയിട്ടുണ്ട്, അൾട്രാ-ഹൈ കാര്യക്ഷമതയും വഴക്കമുള്ള പ്രവർത്തനവും ആവശ്യമുള്ള ക്വാണ്ടം കമ്മ്യൂണിക്കേഷൻ, ക്വാണ്ടം കമ്പ്യൂട്ടിംഗ്, ഉയർന്ന സെൻസിറ്റിവിറ്റി ഇമേജിംഗ് തുടങ്ങിയ ആപ്ലിക്കേഷനുകൾക്ക് പ്രായോഗിക പരിഹാരങ്ങൾ നൽകുന്നു. സിലിക്കൺ അധിഷ്ഠിതത്തിന്റെ കൂടുതൽ വികസനത്തിന് ഈ പ്രവർത്തനം ശക്തമായ അടിത്തറയിട്ടു.സിംഗിൾ-ഫോട്ടോൺ ഡിറ്റക്ടർസാങ്കേതികവിദ്യ.