Ua uhaʻi ka mea ʻike kiʻi photon hoʻokahi i ka bottleneck 80% pono

Mea ʻike kiʻi photon hoʻokahiua uhaʻi i ka bottleneck 80% pono

Photon hoʻokahimea ʻike kiʻihoʻohana nui ʻia ma nā kahua o ka photonics quantum a me ke kiʻi ʻana i ka photon hoʻokahi ma muli o ko lākou mau pono liʻiliʻi a me ke kumukūʻai haʻahaʻa, akā ke kū nei lākou i nā bottlenecks loea ma lalo nei.

Nā palena loea o kēia manawa

1.CMOS a me ka SPAD lahilahi-junction: ʻOiai he kiʻekiʻe ko lākou hoʻohui ʻana a me ka jitter timing haʻahaʻa, he lahilahi ka papa omo (he mau micrometer), a ua kaupalena ʻia ka PDE ma ka ʻāpana kokoke-infrared, me kahi 32% wale nō ma 850 nm.

2. SPAD junction mānoanoa: Loaʻa iā ia kahi papa omo he ʻumi micrometers ka mānoanoa. Loaʻa i nā huahana kalepa kahi PDE ma kahi o 70% ma 780 nm, akā he mea paʻakikī loa ka uhaki ʻana i 80%.

3. E heluhelu i nā palena o ke kaapuni: Pono ka SPAD thick-junction i kahi voltage overbias ma luna o 30V e hōʻoia i kahi hiki ke kiʻekiʻe o ka avalanche. ʻOiai me ka voltage quenching o 68V i nā kaapuni kuʻuna, hiki ke hoʻonui ʻia ka PDE i 75.1%.

Hoʻonā

E hoʻonui i ka ʻano semiconductor o SPAD. Hoʻolālā hoʻomālamalama hope: Hoʻopōʻino nui nā photons hanana i loko o ka silicon. Hōʻoia ka ʻano hoʻomālamalama hope e komo ka hapa nui o nā photons i loko o ka papa omo, a hoʻokomo ʻia nā electrons i hana ʻia i loko o ka ʻāpana avalanche. No ka mea, ʻoi aku ka kiʻekiʻe o ka ionization rate o nā electrons i loko o ka silicon ma mua o nā lua, hāʻawi ka hoʻokomo electron i kahi kiʻekiʻe o ka avalanche. Doping compensation avalanche region: Ma ka hoʻohana ʻana i ke kaʻina hana hoʻolaha mau o ka boron a me ka phosphorus, ua uku ʻia ka doping pāpaʻu e hoʻopaʻa i ke kahua uila i ka ʻāpana hohonu me nā hemahema kristal liʻiliʻi, e hōʻemi pono ana i ka walaʻau e like me DCR.

2. Kaapuni heluhelu hana kiʻekiʻe. 50V amplitude kiʻekiʻe quenching Hoʻololi mokuʻāina wikiwiki; Hana multimodal: Ma ka hoʻohui ʻana i ka FPGA control QUENCHING a me nā hōʻailona RESET, hoʻokō ʻia ka hoʻololi maʻalahi ma waena o ka hana manuahi (hōʻailona hoʻāla), gating (waho GATE drive), a me nā ʻano hybrid.

3. Hoʻomākaukau a me ka hoʻopili ʻana i ka hāmeʻa. Hoʻohana ʻia ke kaʻina hana wafer SPAD, me kahi pūʻolo butterfly. Hoʻopaʻa ʻia ka SPAD i ka substrate lawe AlN a hoʻokomo pololei ʻia ma luna o ka thermoelectric cooler (TEC), a hoʻokō ʻia ka kaohi mahana ma o kahi thermistor. Hoʻonohonoho pono ʻia nā fibers optical multimode me ke kikowaena SPAD e hoʻokō i ka hoʻopili pono ʻana.

4. Ka hoʻoponopono ʻana i ka hana. Ua hoʻokō ʻia ka hoʻoponopono ʻana me ka hoʻohana ʻana i kahi diode laser pulsed picosecond 785 nm (100 kHz) a me kahi mea hoʻololi manawa-digital (TDC, 10 ps resolution).

Hōʻuluʻulu manaʻo

Ma ka hoʻonui ʻana i ka ʻōnaehana SPAD (ka hui mānoanoa, ka hoʻomālamalama hope, ka uku doping) a me ka hana hou ʻana i ke kaapuni quenching 50 V, ua hoʻokuke pono kēia haʻawina i ka PDE o ka mea ʻike photon hoʻokahi e pili ana i ka silicon i kahi kiʻekiʻe hou o 84.4%. I ka hoʻohālikelike ʻia me nā huahana kalepa, ua hoʻonui nui ʻia kāna hana piha, e hāʻawi ana i nā hopena kūpono no nā noi e like me ke kamaʻilio quantum, ka helu quantum, a me ke kiʻi kiʻekiʻe e pono ai ka pono ultra-kiʻekiʻe a me ka hana maʻalahi. Ua kau kēia hana i kahi kahua paʻa no ka hoʻomohala hou ʻana o ka silicon-basedmea ʻike photon hoʻokahiʻenehana.