ಸಿಂಗಲ್-ಫೋಟಾನ್ ಫೋಟೊಡೆಕ್ಟರ್‌ಗಳು 80% ದಕ್ಷತೆಯ ಅಡಚಣೆಯನ್ನು ಭೇದಿಸಿವೆ.

ಏಕ-ಫೋಟಾನ್ ಫೋಟೊಡೆಕ್ಟರ್80% ದಕ್ಷತೆಯ ಅಡಚಣೆಯನ್ನು ನಿವಾರಿಸಲಾಗಿದೆ.

ಏಕ-ಫೋಟಾನ್ಫೋಟೋ ಡಿಟೆಕ್ಟರ್ಅವುಗಳ ಸಾಂದ್ರ ಮತ್ತು ಕಡಿಮೆ-ವೆಚ್ಚದ ಅನುಕೂಲಗಳಿಂದಾಗಿ ಕ್ವಾಂಟಮ್ ಫೋಟೊನಿಕ್ಸ್ ಮತ್ತು ಸಿಂಗಲ್-ಫೋಟಾನ್ ಇಮೇಜಿಂಗ್ ಕ್ಷೇತ್ರಗಳಲ್ಲಿ ವ್ಯಾಪಕವಾಗಿ ಬಳಸಲ್ಪಡುತ್ತವೆ, ಆದರೆ ಅವು ಈ ಕೆಳಗಿನ ತಾಂತ್ರಿಕ ಅಡಚಣೆಗಳನ್ನು ಎದುರಿಸುತ್ತವೆ.

ಪ್ರಸ್ತುತ ತಾಂತ್ರಿಕ ಮಿತಿಗಳು

1.CMOS ಮತ್ತು ತೆಳುವಾದ ಜಂಕ್ಷನ್ SPAD: ಅವುಗಳು ಹೆಚ್ಚಿನ ಏಕೀಕರಣ ಮತ್ತು ಕಡಿಮೆ ಸಮಯದ ಕಂಪನವನ್ನು ಹೊಂದಿದ್ದರೂ, ಹೀರಿಕೊಳ್ಳುವ ಪದರವು ತೆಳುವಾಗಿರುತ್ತದೆ (ಕೆಲವು ಮೈಕ್ರೋಮೀಟರ್‌ಗಳು), ಮತ್ತು PDE ಹತ್ತಿರದ ಅತಿಗೆಂಪು ಪ್ರದೇಶದಲ್ಲಿ ಸೀಮಿತವಾಗಿದೆ, 850 nm ನಲ್ಲಿ ಕೇವಲ 32% ಮಾತ್ರ.

2. ದಪ್ಪ-ಜಂಕ್ಷನ್ SPAD: ಇದು ಹತ್ತಾರು ಮೈಕ್ರೋಮೀಟರ್ ದಪ್ಪವಿರುವ ಹೀರಿಕೊಳ್ಳುವ ಪದರವನ್ನು ಹೊಂದಿದೆ. ವಾಣಿಜ್ಯ ಉತ್ಪನ್ನಗಳು 780 nm ನಲ್ಲಿ ಸರಿಸುಮಾರು 70% PDE ಅನ್ನು ಹೊಂದಿರುತ್ತವೆ, ಆದರೆ 80% ಅನ್ನು ಭೇದಿಸುವುದು ಅತ್ಯಂತ ಸವಾಲಿನ ಕೆಲಸ.

3. ಸರ್ಕ್ಯೂಟ್ ಮಿತಿಗಳನ್ನು ಓದಿ: ಹೆಚ್ಚಿನ ಹಿಮಪಾತದ ಸಂಭವನೀಯತೆಯನ್ನು ಖಚಿತಪಡಿಸಿಕೊಳ್ಳಲು ದಪ್ಪ-ಜಂಕ್ಷನ್ SPAD ಗೆ 30V ಗಿಂತ ಹೆಚ್ಚಿನ ಓವರ್‌ಬಿಯಾಸ್ ವೋಲ್ಟೇಜ್ ಅಗತ್ಯವಿದೆ. ಸಾಂಪ್ರದಾಯಿಕ ಸರ್ಕ್ಯೂಟ್‌ಗಳಲ್ಲಿ 68V ನ ಕ್ವೆಂಚಿಂಗ್ ವೋಲ್ಟೇಜ್ ಇದ್ದರೂ ಸಹ, PDE ಅನ್ನು 75.1% ಗೆ ಮಾತ್ರ ಹೆಚ್ಚಿಸಬಹುದು.

ಪರಿಹಾರ

SPAD ನ ಅರೆವಾಹಕ ರಚನೆಯನ್ನು ಅತ್ಯುತ್ತಮಗೊಳಿಸಿ. ಬ್ಯಾಕ್-ಇಲ್ಯುಮಿನೇಟೆಡ್ ವಿನ್ಯಾಸ: ಸಿಲಿಕಾನ್‌ನಲ್ಲಿ ಘಟನೆಯ ಫೋಟಾನ್‌ಗಳು ಘಾತೀಯವಾಗಿ ಕೊಳೆಯುತ್ತವೆ. ಬ್ಯಾಕ್-ಇಲ್ಯುಮಿನೇಟೆಡ್ ರಚನೆಯು ಹೆಚ್ಚಿನ ಫೋಟಾನ್‌ಗಳು ಹೀರಿಕೊಳ್ಳುವ ಪದರದಲ್ಲಿ ಹೀರಲ್ಪಡುವುದನ್ನು ಮತ್ತು ಉತ್ಪತ್ತಿಯಾಗುವ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್‌ಗಳನ್ನು ಹಿಮಪಾತ ಪ್ರದೇಶಕ್ಕೆ ಇಂಜೆಕ್ಟ್ ಮಾಡುವುದನ್ನು ಖಚಿತಪಡಿಸುತ್ತದೆ. ಸಿಲಿಕಾನ್‌ನಲ್ಲಿರುವ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್‌ಗಳ ಅಯಾನೀಕರಣ ದರವು ರಂಧ್ರಗಳಿಗಿಂತ ಹೆಚ್ಚಿರುವುದರಿಂದ, ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ ಇಂಜೆಕ್ಷನ್ ಹಿಮಪಾತದ ಹೆಚ್ಚಿನ ಸಂಭವನೀಯತೆಯನ್ನು ಒದಗಿಸುತ್ತದೆ. ಡೋಪಿಂಗ್ ಪರಿಹಾರ ಹಿಮಪಾತ ಪ್ರದೇಶ: ಬೋರಾನ್ ಮತ್ತು ರಂಜಕದ ನಿರಂತರ ಪ್ರಸರಣ ಪ್ರಕ್ರಿಯೆಯನ್ನು ಬಳಸುವುದರ ಮೂಲಕ, ಕಡಿಮೆ ಸ್ಫಟಿಕ ದೋಷಗಳೊಂದಿಗೆ ಆಳವಾದ ಪ್ರದೇಶದಲ್ಲಿ ವಿದ್ಯುತ್ ಕ್ಷೇತ್ರವನ್ನು ಕೇಂದ್ರೀಕರಿಸಲು ಆಳವಿಲ್ಲದ ಡೋಪಿಂಗ್ ಅನ್ನು ಸರಿದೂಗಿಸಲಾಗುತ್ತದೆ, DCR ನಂತಹ ಶಬ್ದವನ್ನು ಪರಿಣಾಮಕಾರಿಯಾಗಿ ಕಡಿಮೆ ಮಾಡುತ್ತದೆ.

2. ಹೆಚ್ಚಿನ ಕಾರ್ಯಕ್ಷಮತೆಯ ರೀಡೌಟ್ ಸರ್ಕ್ಯೂಟ್. 50V ಹೈ ಆಂಪ್ಲಿಟ್ಯೂಡ್ ಕ್ವೆನ್ಚಿಂಗ್ ಫಾಸ್ಟ್ ಸ್ಟೇಟ್ ಟ್ರಾನ್ಸಿಶನ್; ಮಲ್ಟಿಮೋಡಲ್ ಆಪರೇಷನ್: FPGA ಕಂಟ್ರೋಲ್ ಕ್ವೆನ್ಚಿಂಗ್ ಮತ್ತು ರೀಸೆಟ್ ಸಿಗ್ನಲ್‌ಗಳನ್ನು ಸಂಯೋಜಿಸುವ ಮೂಲಕ, ಫ್ರೀ ಆಪರೇಷನ್ (ಸಿಗ್ನಲ್ ಟ್ರಿಗ್ಗರ್), ಗೇಟಿಂಗ್ (ಬಾಹ್ಯ ಗೇಟ್ ಡ್ರೈವ್) ಮತ್ತು ಹೈಬ್ರಿಡ್ ಮೋಡ್‌ಗಳ ನಡುವೆ ಹೊಂದಿಕೊಳ್ಳುವ ಸ್ವಿಚಿಂಗ್ ಅನ್ನು ಸಾಧಿಸಲಾಗುತ್ತದೆ.

3. ಸಾಧನ ತಯಾರಿಕೆ ಮತ್ತು ಪ್ಯಾಕೇಜಿಂಗ್. ಬಟರ್‌ಫ್ಲೈ ಪ್ಯಾಕೇಜ್‌ನೊಂದಿಗೆ SPAD ವೇಫರ್ ಪ್ರಕ್ರಿಯೆಯನ್ನು ಅಳವಡಿಸಿಕೊಳ್ಳಲಾಗಿದೆ. SPAD ಅನ್ನು AlN ವಾಹಕ ತಲಾಧಾರಕ್ಕೆ ಬಂಧಿಸಲಾಗಿದೆ ಮತ್ತು ಥರ್ಮೋಎಲೆಕ್ಟ್ರಿಕ್ ಕೂಲರ್ (TEC) ನಲ್ಲಿ ಲಂಬವಾಗಿ ಸ್ಥಾಪಿಸಲಾಗಿದೆ ಮತ್ತು ಥರ್ಮಿಸ್ಟರ್ ಮೂಲಕ ತಾಪಮಾನ ನಿಯಂತ್ರಣವನ್ನು ಸಾಧಿಸಲಾಗುತ್ತದೆ. ಪರಿಣಾಮಕಾರಿ ಜೋಡಣೆಯನ್ನು ಸಾಧಿಸಲು ಮಲ್ಟಿಮೋಡ್ ಆಪ್ಟಿಕಲ್ ಫೈಬರ್‌ಗಳನ್ನು SPAD ಕೇಂದ್ರದೊಂದಿಗೆ ನಿಖರವಾಗಿ ಜೋಡಿಸಲಾಗಿದೆ.

4. ಕಾರ್ಯಕ್ಷಮತೆ ಮಾಪನಾಂಕ ನಿರ್ಣಯ. 785 nm ಪಿಕೋಸೆಕೆಂಡ್ ಪಲ್ಸ್ಡ್ ಲೇಸರ್ ಡಯೋಡ್ (100 kHz) ಮತ್ತು ಸಮಯ-ಡಿಜಿಟಲ್ ಪರಿವರ್ತಕ (TDC, 10 ps ರೆಸಲ್ಯೂಶನ್) ಬಳಸಿ ಮಾಪನಾಂಕ ನಿರ್ಣಯವನ್ನು ಕೈಗೊಳ್ಳಲಾಯಿತು.

ಸಾರಾಂಶ

SPAD ರಚನೆಯನ್ನು (ದಪ್ಪ ಜಂಕ್ಷನ್, ಬ್ಯಾಕ್-ಇಲ್ಯುಮಿನೇಟೆಡ್, ಡೋಪಿಂಗ್ ಪರಿಹಾರ) ಅತ್ಯುತ್ತಮವಾಗಿಸುವ ಮೂಲಕ ಮತ್ತು 50 V ಕ್ವೆನ್ಚಿಂಗ್ ಸರ್ಕ್ಯೂಟ್ ಅನ್ನು ನವೀನಗೊಳಿಸುವ ಮೂಲಕ, ಈ ಅಧ್ಯಯನವು ಸಿಲಿಕಾನ್-ಆಧಾರಿತ ಸಿಂಗಲ್-ಫೋಟಾನ್ ಡಿಟೆಕ್ಟರ್‌ನ PDE ಅನ್ನು 84.4% ನ ಹೊಸ ಎತ್ತರಕ್ಕೆ ಯಶಸ್ವಿಯಾಗಿ ತಳ್ಳಿತು. ವಾಣಿಜ್ಯ ಉತ್ಪನ್ನಗಳೊಂದಿಗೆ ಹೋಲಿಸಿದರೆ, ಅದರ ಸಮಗ್ರ ಕಾರ್ಯಕ್ಷಮತೆಯನ್ನು ಗಮನಾರ್ಹವಾಗಿ ಹೆಚ್ಚಿಸಲಾಗಿದೆ, ಅಲ್ಟ್ರಾ-ಹೈ ದಕ್ಷತೆ ಮತ್ತು ಹೊಂದಿಕೊಳ್ಳುವ ಕಾರ್ಯಾಚರಣೆಯ ಅಗತ್ಯವಿರುವ ಕ್ವಾಂಟಮ್ ಸಂವಹನ, ಕ್ವಾಂಟಮ್ ಕಂಪ್ಯೂಟಿಂಗ್ ಮತ್ತು ಹೈ-ಸೆನ್ಸಿಟಿವಿಟಿ ಇಮೇಜಿಂಗ್‌ನಂತಹ ಅನ್ವಯಿಕೆಗಳಿಗೆ ಪ್ರಾಯೋಗಿಕ ಪರಿಹಾರಗಳನ್ನು ಒದಗಿಸುತ್ತದೆ. ಈ ಕೆಲಸವು ಸಿಲಿಕಾನ್-ಆಧಾರಿತ ಮತ್ತಷ್ಟು ಅಭಿವೃದ್ಧಿಗೆ ಘನ ಅಡಿಪಾಯವನ್ನು ಹಾಕಿದೆ.ಏಕ-ಫೋಟಾನ್ ಪತ್ತೆಕಾರಕತಂತ್ರಜ್ಞಾನ.