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.
Dalam beberapa tahun terakhir, teknologi deteksi-foton tunggal telah menunjukkan prospek aplikasi yang luas di banyak bidang seperti komunikasi kuantum yang aman, komputasi kuantum, kecerdasan buatan, dan deteksi militer, menjadikan-detektor foton tunggal sebagai hotspot penelitian saat ini .
Foton diserap untuk menghasilkan lubang-pasangan elektron, dan lubang memasuki daerah perkalian di bawah medan listrik untuk memicu perkalian longsoran.
Detektor avalanche diode semikonduktor memiliki gain avalanche internal, respon cepat, ukuran kecil, biaya rendah, dan integrasi yang mudah. Mereka dapat mencapai suhu kerja sekitar minus 40 derajat melalui pendinginan semikonduktor, menjadikannya pilihan yang lebih baik untuk detektor-foton tunggal. Di antara mereka, detektor foton dekat-inframerah tunggal-InP/InGaAs adalah detektor foton tunggal-dioda longsoran inframerah dekat-inframerah yang paling matang saat ini. Tabung dan larik-tunggalnya telah dikomersialkan. Indikator kinerja utama meliputi: deteksi tunggal-foton pada minus 40 derajat Efisiensi melebihi 30 persen , tingkat penghitungan gelap kurang dari 10kHz, pos-probabilitas pulsa kurang dari 5 persen , waktu jitter kurang dari 100ps, dan tingkat hitungan maksimum melebihi 100MHz. Jarak pusat larik bidang fokus adalah 50um, dan ukuran lariknya adalah 256128. Dua metode pencitraan, penghitungan foton dan pengaturan waktu foton, dapat digunakan untuk pencitraan tiga-dimensi. Saat ini, susunan bidang fokus foton tunggal-dengan jarak tengah yang lebih kecil (25 mikron) dan spesifikasi yang lebih besar (ukuran 320256 atau lebih) sedang dikembangkan di dalam dan luar negeri. Munculnya dan kemajuan baru InP/InGaAs di dekat-produk detektor foton tunggal-inframerah memberikan kemungkinan untuk aplikasi skala-detektor tersebut dalam skala besar.
Arah pengembangan detektor foton tunggal
Saat ini, pengembangan satu-detektor foton terutama berkembang pesat di sepanjang dua jalur: satu jalur adalah untuk terus mengoptimalkan kinerja InP/InGaAs SPAD yang ada, menuju jumlah gelap yang lebih kecil, lebih rendah setelah-pulsa , tingkat penghitungan lebih tinggi dan lebih banyak Suhu kerja tinggi dan arah lainnya. Tantangannya adalah bahwa cacat material pada lapisan penggandaan menyebabkan-efek pulsa yang besar, waktu mati yang lama (waktu tanpa longsoran salju), dan penurunan tingkat penghitungan. Sarana teknis saat ini memiliki kendala bersama tertentu: untuk mengurangi pulsa-posting, dengan mengurangi jumlah muatan longsoran, yang mengarah pada masalah efisiensi deteksi yang rendah; dengan memperpanjang waktu mati, itu mengarah ke masalah tingkat hitungan yang rendah; dengan meningkatkan suhu, perangkap berkurang. Masa pakai operator menyebabkan masalah tingkat penghitungan gelap yang tinggi. Solusi yang ada adalah dengan menggunakan pengembangan sirkuit pendinginan terintegrasi untuk meminimalkan kapasitansi parasit dan pulsa -, dan pada saat yang sama, untuk lebih meningkatkan kualitas pertumbuhan bahan lapisan multiplikasi.
Optimalisasi kinerja dan penerapan detektor foton tunggal tidak dapat dipisahkan dari dukungan sirkuit pendinginan. Di satu sisi, sirkuit pendinginan perlu menghentikan longsoran tepat waktu, dan di sisi lain, itu juga perlu menekan kebisingan dari perangkat dan sirkuit, dll., untuk mengeluarkan sinyal longsoran terlebih dahulu. Saat ini, melalui integrasi resistansi pendinginan atau penghalang potensial dari perangkat itu sendiri, melalui integrasi monolitik dari sirkuit pendinginan eksternal, dan melalui kombinasi gerbang sinusoidal dan sirkuit pendinginan yang berbeda, penghitungan gelap dan pasca-pulsa perangkat berkurang secara signifikan, dan perangkat ditingkatkan. menghitung tingkat.
Prinsip kerja detektor foton tunggal-berbasis SPAD-.
Cara lain adalah dengan menemukan bahan baru yang lebih menjanjikan dan perangkat mekanisme baru. Dirangsang oleh tuntutan aplikasi yang besar, material baru seperti-pengembangan material dengan noise rendah berdasarkan faktor k-rendah, perpanjangan panjang gelombang berdasarkan material berdimensi-rendah, reduksi noise berdasarkan rekayasa perkalian ionisasi , dan penggandaan gain tinggi berdasarkan pengangkutan balistik material berdimensi rendah-, Perangkat dengan mekanisme baru telah muncul, dan pengembangan teknologi baru ini telah membuka arah baru untuk lebih lanjut mengurangi kebisingan tunggal- detektor foton, meningkatkan rasio-ke-kebisingan, memperpanjang panjang gelombang, dan meningkatkan kondisi kerja perangkat.
Area aplikasi penting dari-detektor foton tunggal-inframerah
Detektor foton-inframerah tunggal-dekat memiliki sensitivitas tertinggi dalam pendeteksian foton, dan pita kerjanya adalah pita utama yang digunakan oleh serat optik tradisional, dan juga pita yang aman-mata. Mengemudi, pencitraan 3D, deteksi sinyal lemah, dan bidang lainnya memiliki aplikasi penting.
Ketika radar laser menggunakan laser 1550nm sebagai sumber cahaya emisi, karena keamanan mata manusia, laser daya yang lebih tinggi dapat digunakan, sehingga dapat mendeteksi jarak yang lebih jauh, sehingga jarak deteksi saat ini dari 100m ke 200m, dan cahaya dengan panjang gelombang 1550nm adalah Lingkungan cahaya alami memiliki kebisingan latar belakang yang lebih bersih, yang sangat penting untuk aplikasi lidar yang tidak berawak atau yang dipasang di kendaraan-. Diharapkan bahwa pengembangan detektor foton tunggal-1550nm akan secara signifikan mendorong perkembangan pesat teknologi nirawak dan lidar.
Makalah ini memperkenalkan pengembangan teknologi-detektor foton tunggal dan teknologi baru terkait berdasarkan InP/InGaAs, yang bertujuan untuk membantu meningkatkan pemahaman dan pemahaman tentang-detektor foton tunggal-inframerah-dekat, memperluas aplikasi mereka, dan memberikan peningkatan dan pengembangan kinerja lebih lanjut. mengacu pada.
Teknologi GMKJ sangat terlibat dalam sumber cahaya yang sehat dan cerdas, menyediakan pasar dengan rangkaian lengkap UVA UVB UVC LED, produk dan solusi LED IR inframerah VCSEL, dan memiliki ratusan mitra berkualitas tinggi-di dalam dan luar negeri pasar untuk bersama-sama mempromosikan penggunaan teknologi ringan untuk menciptakan kehidupan yang sehat dan cerdas. .
