Recently, the review paper "Advances in near-infrared avalanche diode single-photon detectors" by Shi Yanli's team of Yunnan University was published in the global cutting-edge comprehensive research journal Chip. This review paper presents the development of near-infrared single-photon detectors.
Az elmúlt években az egy{0}}foton-érzékelő technológia széles körű alkalmazási lehetőségeket mutatott számos területen, mint például a kvantumbiztonságos kommunikáció, a kvantumszámítástechnika, a mesterséges intelligencia és a katonai észlelés, így az egyetlen fotondetektorok a kutatás jelenlegi hotspotjává váltak. .
A fotonok abszorbeálásával lyuk{0}}elektronpárok jönnek létre, és a lyukak belépnek az elektromos tér alatti szorzási tartományba, hogy beindítsák a lavinaszaporodást.
A félvezető lavinadióda detektorok belső lavinaerősítéssel, gyors reagálással, kis mérettel, alacsony költséggel és egyszerű integrációval rendelkeznek. Körülbelül mínusz 40 fokos üzemi hőmérsékletet érhetnek el félvezető hűtéssel, így jobb választás egy-foton detektorokhoz. Közülük az InP/InGaAs közeli-infravörös egy-foton detektor jelenleg a legkifejlettebb közeli-infravörös lavinadióda egy-foton detektor. Egyetlen-csöve és tömbje kereskedelmi forgalomba hozott termékek. A fő teljesítménymutatók a következők: egy-foton észlelése mínusz 40 fokon A hatásfok meghaladja a 30 százalékot , a sötét számlálási sebesség kevesebb, mint 10 kHz, az utó{11}}impulzus valószínűsége kevesebb, mint 5 százalék, az idő A jitter kisebb, mint 100 ps, és a maximális számlálási sebesség meghaladja a 100 MHz-et. A fókuszsík tömb középtávolsága 50 um, a tömb mérete 256128. Két képalkotási módszer, a fotonszámlálás és a fotonidőzítés használható a háromdimenziós képalkotáshoz. Jelenleg kisebb középtávú (25 mikron) és nagyobb specifikációjú (320256-os vagy nagyobb) egyfoton fókuszsík tömbök fejlesztése folyik itthon és külföldön egyaránt. Az InP/InGaA közeli-infravörös egy-fotondetektoros termékek megjelenése és új fejlődése lehetőséget ad az ilyen detektorok széleskörű{23}}alkalmazására.
Egyfotonos detektorok fejlesztési iránya
Jelenleg az egy-fotondetektorok fejlesztése főként két irányban halad gyorsan: az egyik út a meglévő InP/InGaAs SPAD-k teljesítményének folyamatos optimalizálása a kisebb sötétségszámok, az alacsonyabb utó{1}}impulzusok felé. , magasabb számlálási sebesség és több Magas üzemi hőmérséklet és egyéb irányok. A kihívás az, hogy a szorzóréteg anyaghibái nagy utó-impulzushatásokhoz, hosszú holtidőhöz (lavina nélküli idő) és csökkentett számlálási sebességhez vezetnek. A jelenlegi technikai eszközöknek vannak bizonyos kölcsönös korlátai: a post-impulzus csökkentése érdekében a lavinatöltés mennyiségének csökkentésével, ami az alacsony észlelési hatékonyság problémájához vezet; a holtidő meghosszabbításával az alacsony számlálási sebesség problémájához vezet; a hőmérséklet növelésével a befogás csökken. A hordozók élettartama a magas sötét számlálási arány problémájához vezet. A meglévő megoldás az integrált kioltó áramkörök fejlesztése a parazita kapacitás és az utóimpulzus minimalizálása, valamint a többszörös réteg anyagok növekedési minőségének további javítása érdekében.
Az egyfoton detektorok teljesítményoptimalizálása és alkalmazása elválaszthatatlan a kioltó áramkörök támogatásától. Egyrészt a kioltó áramkörnek időben meg kell állítania a lavinát, másrészt el kell nyomnia a készülék és az áramkör zaját stb., hogy előre kihozza a lavinajelet. Jelenleg magának az eszköznek a kioltási ellenállásának vagy potenciálgátjának integrálása, a külső oltóáramkörök monolitikus integrációja, valamint a szinuszos kapuzás és a különböző oltóáramkörök kombinációja révén a sötétszámlálás és az utó{0}}impulzus az eszköz jelentősen csökken, és az eszköz javul. számolási arány.
A SPAD{0}}alapú egy-fotondetektorok működési elve.
Egy másik lehetőség az ígéretesebb új anyagok és új mechanizmusok felkutatása. Hatalmas alkalmazási igények által ösztönzött új anyagok, mint például az alacsony-zajú anyagfejlesztés alacsony k-tényezőn alapuló, hullámhossz-hosszabbítás alacsony-dimenziós anyagokon, zajcsökkentés az ionizációs sokszorosításon alapuló tervezésen. , valamint a kis-dimenziós anyagok ballisztikus szállításán alapuló nagy nyereséges szorzás. Új mechanizmusokkal rendelkező eszközök jelentek meg, és ezeknek az új technológiáknak a fejlesztése új irányokat nyitott meg az egyes- zajok további csökkentésében. fotondetektorok, a jel{5}}zaj arány javítása, a hullámhosszok kiterjesztése és az eszközök munkakörülményeinek javítása.
A közeli{0}}infravörös egy-foton detektorok fontos alkalmazási területei
A közeli{0}}infravörös egy-fotondetektorok a fotonérzékelés legnagyobb érzékenységével rendelkeznek, és működési sávjaik a hagyományos optikai szálak által használt fő sávok, és egyben szem-biztos sávok is. A vezetésnek, a 3D-s képalkotásnak, a gyenge jelfelismerésnek és más területeknek van fontos alkalmazása.
Ha a lézerradar 1550 nm-es lézert használ emissziós fényforrásként, az emberi szem biztonsága miatt nagyobb teljesítményű lézer is használható, így nagyobb távolságot képes érzékelni, így az aktuális észlelési távolság 100 m-től 200 m, az 1550 nm hullámhosszú fény pedig A természetes fénykörnyezet tisztább háttérzajjal rendelkezik, ami nagy jelentőséggel bír a pilóta nélküli vagy járműre{4}}szerelt lidar alkalmazásakor. A várakozások szerint az 1550 nm-es egyfoton{6}}detektorok fejlesztése jelentősen elősegíti a pilóta nélküli és lidar technológiák gyors fejlődését.
Ez a cikk bemutatja az egy-fotondetektoros technológia fejlesztését és a kapcsolódó, InP/InGaA-n alapuló új technológiákat, amelyek célja a közeli-infravörös egy-foton detektorok jobb megértése és megértése, bővítsék alkalmazásaikat, és további teljesítményjavítást és fejlesztést biztosítsanak. hivatkozni.
A GMKJ Technology mélyen foglalkozik az egészséges és intelligens fényforrásokkal, és az ultraibolya UVA UVB UVC LED, infravörös IR LED VCSEL termékek és megoldások teljes skáláját kínálja a piacnak, és több száz kiváló minőségű hazai és külföldi partnerrel rendelkezik{0}. piacokat, hogy közösen támogassák a fénytechnológia használatát az egészséges és intelligens élet megteremtése érdekében. .
