একক-ফোটন ফটোডিটেক্টর৮০% দক্ষতার প্রতিবন্ধকতা কাটিয়ে ওঠা গেছে
একক-ফোটনফটোডিটেক্টরএদের সংক্ষিপ্ত আকার এবং স্বল্পমূল্যের সুবিধার কারণে কোয়ান্টাম ফোটোনিক্স এবং একক-ফোটন ইমেজিংয়ের ক্ষেত্রে ব্যাপকভাবে ব্যবহৃত হয়, কিন্তু এগুলো নিম্নলিখিত প্রযুক্তিগত প্রতিবন্ধকতার সম্মুখীন হয়।
বর্তমান প্রযুক্তিগত সীমাবদ্ধতা
১. CMOS এবং থিন-জাংশন SPAD: যদিও এগুলোর ইন্টিগ্রেশন ক্ষমতা বেশি এবং টাইমিং জিটার কম, তবে এদের শোষণ স্তরটি পাতলা (কয়েক মাইক্রোমিটার), এবং PDE নিকট-ইনফ্রারেড অঞ্চলে সীমাবদ্ধ থাকে, যেখানে ৮৫০ nm-এ এর পরিমাণ মাত্র প্রায় ৩২%।
২. থিক-জাংশন এসপিএডি: এর বৈশিষ্ট্য হলো কয়েক দশ মাইক্রোমিটার পুরু একটি শোষণ স্তর। বাণিজ্যিক পণ্যগুলিতে ৭৮০ nm-এ পিডিই প্রায় ৭০% থাকে, কিন্তু ৮০% অতিক্রম করা অত্যন্ত কঠিন।
৩. সার্কিটের সীমাবদ্ধতাগুলো পড়ুন: উচ্চ অ্যাভাল্যাঞ্চ সম্ভাবনা নিশ্চিত করার জন্য থিক-জাংশন SPAD-এর ৩০ ভোল্টের বেশি ওভারবায়াস ভোল্টেজ প্রয়োজন হয়। এমনকি প্রচলিত সার্কিটগুলোতে ৬৮ ভোল্টের কোয়েনচিং ভোল্টেজ ব্যবহার করলেও, PDE সর্বোচ্চ ৭৫.১% পর্যন্ত বাড়ানো যায়।
সমাধান
SPAD-এর সেমিকন্ডাক্টর কাঠামো অপ্টিমাইজ করুন। ব্যাক-ইলুমিনেটেড ডিজাইন: সিলিকনে আপতিত ফোটনগুলো এক্সপোনেনশিয়াল হারে ক্ষয়প্রাপ্ত হয়। ব্যাক-ইলুমিনেটেড কাঠামোটি নিশ্চিত করে যে বেশিরভাগ ফোটন অ্যাবজর্পশন লেয়ারে শোষিত হয় এবং উৎপন্ন ইলেকট্রনগুলো অ্যাভাল্যাঞ্চ অঞ্চলে প্রবেশ করে। যেহেতু সিলিকনে হোলের তুলনায় ইলেকট্রনের আয়নীকরণের হার বেশি, তাই ইলেকট্রন প্রবেশ করানো অ্যাভাল্যাঞ্চের সম্ভাবনা বাড়িয়ে দেয়। ডোপিং কম্পেনসেশন অ্যাভাল্যাঞ্চ অঞ্চল: বোরন এবং ফসফরাসের অবিচ্ছিন্ন ডিফিউশন প্রক্রিয়া ব্যবহার করে, অগভীর ডোপিং-এর ক্ষতিপূরণ করা হয় যাতে কম ক্রিস্টাল ত্রুটিযুক্ত গভীর অঞ্চলে বৈদ্যুতিক ক্ষেত্র কেন্দ্রীভূত হয়, যা কার্যকরভাবে DCR-এর মতো নয়েজ কমিয়ে দেয়।
২. উচ্চ-কর্মক্ষমতাসম্পন্ন রিডআউট সার্কিট। ৫০V উচ্চ বিস্তার কোয়েনচিং; দ্রুত অবস্থা পরিবর্তন; মাল্টিমোডাল অপারেশন: FPGA নিয়ন্ত্রিত কোয়েনচিং এবং রিসেট সিগন্যাল একত্রিত করার মাধ্যমে ফ্রি অপারেশন (সিগন্যাল ট্রিগার), গেটিং (এক্সটার্নাল গেট ড্রাইভ) এবং হাইব্রিড মোডের মধ্যে নমনীয় সুইচিং অর্জন করা হয়।
৩. ডিভাইস প্রস্তুতি এবং প্যাকেজিং। বাটারফ্লাই প্যাকেজসহ এসপিএডি (SPAD) ওয়েফার প্রক্রিয়া অবলম্বন করা হয়। এসপিএডি-কে এএলএন (AlN) ক্যারিয়ার সাবস্ট্রেটের সাথে বন্ড করা হয় এবং থার্মোইলেকট্রিক কুলার (TEC)-এর উপর উল্লম্বভাবে স্থাপন করা হয়, এবং একটি থার্মিস্টরের মাধ্যমে তাপমাত্রা নিয়ন্ত্রণ করা হয়। কার্যকর কাপলিং অর্জনের জন্য মাল্টিমোড অপটিক্যাল ফাইবারগুলোকে এসপিএডি-র কেন্দ্রের সাথে নির্ভুলভাবে সারিবদ্ধ করা হয়।
৪. পারফরম্যান্স ক্যালিব্রেশন। একটি ৭৮৫ nm পিকোসেকেন্ড পালসড লেজার ডায়োড (১০০ kHz) এবং একটি টাইম-ডিজিটাল কনভার্টার (TDC, ১০ ps রেজোলিউশন) ব্যবহার করে ক্যালিব্রেশন সম্পন্ন করা হয়েছিল।
সারসংক্ষেপ
SPAD কাঠামোর (পুরু জাংশন, ব্যাক-ইলুমিনেটেড, ডোপিং কম্পেনসেশন) অপ্টিমাইজেশন এবং ৫০ ভোল্টের কোয়েনচিং সার্কিটে উদ্ভাবনের মাধ্যমে, এই গবেষণাটি সফলভাবে সিলিকন-ভিত্তিক একক-ফোটন ডিটেক্টরের PDE-কে ৮৪.৪%-এর এক নতুন উচ্চতায় উন্নীত করেছে। বাণিজ্যিক পণ্যগুলোর তুলনায় এর সার্বিক কর্মক্ষমতা উল্লেখযোগ্যভাবে উন্নত হয়েছে, যা কোয়ান্টাম কমিউনিকেশন, কোয়ান্টাম কম্পিউটিং এবং উচ্চ-সংবেদনশীল ইমেজিং-এর মতো অ্যাপ্লিকেশনগুলোর জন্য বাস্তবসম্মত সমাধান প্রদান করে, যেগুলোর জন্য অতি-উচ্চ দক্ষতা এবং নমনীয় কার্যকারিতা প্রয়োজন। এই কাজটি সিলিকন-ভিত্তিক প্রযুক্তির ভবিষ্যৎ উন্নয়নের জন্য একটি দৃঢ় ভিত্তি স্থাপন করেছে।একক-ফোটন ডিটেক্টরপ্রযুক্তি।
পোস্ট করার সময়: ২৮-অক্টোবর-২০২৫