Einföld ljósnemi hefur brotið í gegnum 80% skilvirkni flöskuhálsins

Ljósnemi með einum ljóseindhafa brotið í gegnum 80% skilvirkni flöskuhálsinn

Einföld ljóseindljósnemieru mikið notaðar á sviði skammtafræðilegrar ljósfræði og myndgreiningar með einni ljóseind ​​vegna samþættrar hugbúnaðar og lágs kostnaðar, en þær standa frammi fyrir eftirfarandi tæknilegum flöskuhálsum.

Núverandi tæknilegar takmarkanir

1. CMOS og þunn-gatnamót SPAD: Þó að þau hafi mikla samþættingu og lágt tímasetningar-jitter, þá er frásogslagið þunnt (nokkrir míkrómetrar) og PDE er takmarkað á nær-innrauða svæðinu, aðeins um 32% við 850 nm.

2. Þykkt samskeyti SPAD: Það er með frásogslagi sem er tugir míkrómetra þykkt. Verslunarvörur hafa PDE upp á um það bil 70% við 780 nm, en að brjótast í gegnum 80% er afar krefjandi.

3. Lestu út takmarkanir rafrásarinnar: Þykkt-samskeytis SPAD krefst yfirspennu yfir 30V til að tryggja mikla líkur á snjóflóði. Jafnvel með 68V slökkvispennu í hefðbundnum rafrásum er aðeins hægt að auka PDE í 75,1%.

Lausn

Hámarka uppbyggingu hálfleiðara SPAD. Baklýst hönnun: Innfallandi ljóseindir rotna veldishraða í sílikoni. Baklýsta uppbyggingin tryggir að meirihluti ljóseindanna frásogast í frásogslaginu og að myndaðar rafeindir sprautist inn í snjóflóðasvæðið. Þar sem jónunarhraði rafeinda í sílikoni er hærri en í götum, eykur rafeindainnspýting líkur á snjóflóði. Lyfjauppbót fyrir snjóflóðasvæði: Með því að nota samfellda dreifingu bórs og fosfórs er grunn lyfjauppbót bætt upp til að einbeita rafsviðinu í djúpa svæðinu með færri kristalgöllum, sem dregur á áhrifaríkan hátt úr hávaða eins og DCR.

2. Háafkastamikil lestrarrás. 50V slökkvun með mikilli sveifluvídd. Hröð ástandsbreyting; Fjölþátta notkun: Með því að sameina FPGA stýringar-QUENCHING og RESET merki er hægt að ná sveigjanlegri skipting á milli frjálsrar notkunar (merkiskveikja), hliðunar (ytri GATE drif) og blendingaham.

3. Undirbúningur og pökkun tækis. SPAD-skífuferlið er notað með fiðrildapakkningu. SPAD er tengt við AlN-burðarundirlagið og sett upp lóðrétt á hitakælinum (TEC) og hitastýring er náð með hitamæli. Fjölþátta ljósleiðarar eru nákvæmlega samstilltir við miðju SPAD til að ná fram skilvirkri tengingu.

4. Kvörðun á afköstum. Kvörðunin var framkvæmd með 785 nm píkósekúndu púlsuðum leysigeisladíóðu (100 kHz) og tíma-stafrænum breyti (TDC, 10 ps upplausn).

Yfirlit

Með því að fínstilla SPAD uppbygginguna (þykkt tengi, baklýst, lyfjabætur) og nýsköpun í 50 V slökkvirásinni tókst þessari rannsókn að lyfta PDE kísilbundins stakljósnema upp í nýja hæð, eða 84,4%. Í samanburði við hefðbundnar vörur hefur heildarafköst hans batnað verulega og veitt hagnýtar lausnir fyrir forrit eins og skammtafræðileg samskipti, skammtafræðilega tölvuvinnslu og næma myndgreiningu sem krefjast afar mikillar skilvirkni og sveigjanlegs rekstrar. Þessi vinna hefur lagt traustan grunn að frekari þróun kísilbundinna...einfótóna skynjaritækni.