একক-ফোটন ফটোডিটেক্টর ৮০% দক্ষতার বাধা অতিক্রম করেছে

একক-ফোটন ফটোডিটেক্টর৮০% দক্ষতার বাধা অতিক্রম করেছে

একক-ফোটনফটোডিটেক্টরকমপ্যাক্ট এবং কম খরচের সুবিধার কারণে কোয়ান্টাম ফোটোনিক্স এবং একক-ফোটন ইমেজিংয়ের ক্ষেত্রে ব্যাপকভাবে ব্যবহৃত হয়, তবে তারা নিম্নলিখিত প্রযুক্তিগত বাধাগুলির মুখোমুখি হয়।

বর্তমান প্রযুক্তিগত সীমাবদ্ধতা

১.CMOS এবং থিন-জংশন SPAD: যদিও এগুলির উচ্চ ইন্টিগ্রেশন এবং কম টাইমিং জিটার রয়েছে, শোষণ স্তরটি পাতলা (কয়েক মাইক্রোমিটার), এবং PDE কাছাকাছি-ইনফ্রারেড অঞ্চলে সীমিত, ৮৫০ এনএম এ মাত্র ৩২%।

২. পুরু-জংশন SPAD: এতে দশ মাইক্রোমিটার পুরু একটি শোষণ স্তর রয়েছে। বাণিজ্যিক পণ্যগুলির PDE ৭৮০ nm-এ প্রায় ৭০%, তবে ৮০% অতিক্রম করা অত্যন্ত চ্যালেঞ্জিং।

৩. সার্কিটের সীমাবদ্ধতাগুলি পড়ুন: উচ্চ তুষারপাতের সম্ভাবনা নিশ্চিত করার জন্য থিক-জংশন SPAD-এর জন্য 30V-এর বেশি ওভারবিয়াস ভোল্টেজ প্রয়োজন। এমনকি ঐতিহ্যবাহী সার্কিটে 68V-এর কোয়েঞ্চিং ভোল্টেজ থাকা সত্ত্বেও, PDE শুধুমাত্র 75.1% পর্যন্ত বাড়ানো যেতে পারে।

সমাধান

SPAD এর অর্ধপরিবাহী কাঠামো অপ্টিমাইজ করুন। ব্যাক-আলোকিত নকশা: সিলিকনে ঘটনা ফোটনগুলি দ্রুত ক্ষয়প্রাপ্ত হয়। ব্যাক-আলোকিত কাঠামো নিশ্চিত করে যে বেশিরভাগ ফোটন শোষণ স্তরে শোষিত হয় এবং উৎপন্ন ইলেকট্রনগুলি তুষারপাত অঞ্চলে প্রবেশ করানো হয়। যেহেতু সিলিকনে ইলেকট্রনের আয়নীকরণ হার গর্তের তুলনায় বেশি, ইলেকট্রন ইনজেকশন তুষারপাতের সম্ভাবনা বেশি করে। ডোপিং ক্ষতিপূরণ তুষারপাত অঞ্চল: বোরন এবং ফসফরাসের ক্রমাগত বিস্তার প্রক্রিয়া ব্যবহার করে, অগভীর ডোপিং কম স্ফটিক ত্রুটি সহ গভীর অঞ্চলে বৈদ্যুতিক ক্ষেত্রকে ঘনীভূত করার জন্য ক্ষতিপূরণ দেওয়া হয়, কার্যকরভাবে DCR এর মতো শব্দ হ্রাস করে।

2. উচ্চ-কার্যক্ষমতাসম্পন্ন রিডআউট সার্কিট। 50V উচ্চ প্রশস্ততা নিবারণ দ্রুত অবস্থা পরিবর্তন; মাল্টিমোডাল অপারেশন: FPGA নিয়ন্ত্রণ নিবারণ এবং রিসেট সংকেত একত্রিত করে, ফ্রি অপারেশন (সিগন্যাল ট্রিগার), গেটিং (বহিরাগত GATE ড্রাইভ) এবং হাইব্রিড মোডের মধ্যে নমনীয় স্যুইচিং অর্জন করা হয়।

৩. ডিভাইস প্রস্তুতি এবং প্যাকেজিং। SPAD ওয়েফার প্রক্রিয়াটি একটি বাটারফ্লাই প্যাকেজ সহ গৃহীত হয়। SPAD AlN ক্যারিয়ার সাবস্ট্রেটের সাথে সংযুক্ত থাকে এবং থার্মোইলেকট্রিক কুলার (TEC) তে উল্লম্বভাবে ইনস্টল করা হয় এবং তাপমাত্রা নিয়ন্ত্রণ একটি থার্মিস্টরের মাধ্যমে অর্জন করা হয়। দক্ষ সংযোগ অর্জনের জন্য মাল্টিমোড অপটিক্যাল ফাইবারগুলি SPAD কেন্দ্রের সাথে সুনির্দিষ্টভাবে সারিবদ্ধ করা হয়।

৪. পারফরম্যান্স ক্যালিব্রেশন। ৭৮৫ এনএম পিকোসেকেন্ড পালসড লেজার ডায়োড (১০০ কিলোহার্টজ) এবং একটি টাইম-ডিজিটাল কনভার্টার (টিডিসি, ১০ পিএস রেজোলিউশন) ব্যবহার করে ক্যালিব্রেশন করা হয়েছিল।

সারাংশ

SPAD কাঠামো (পুরু জংশন, ব্যাক-ইলুমিনেটেড, ডোপিং ক্ষতিপূরণ) অপ্টিমাইজ করে এবং 50 V কোয়েঞ্চিং সার্কিট উদ্ভাবন করে, এই গবেষণাটি সিলিকন-ভিত্তিক একক-ফোটন ডিটেক্টরের PDE কে 84.4% এর নতুন উচ্চতায় সফলভাবে ঠেলে দিয়েছে। বাণিজ্যিক পণ্যের তুলনায়, এর ব্যাপক কর্মক্ষমতা উল্লেখযোগ্যভাবে উন্নত করা হয়েছে, যা কোয়ান্টাম যোগাযোগ, কোয়ান্টাম কম্পিউটিং এবং উচ্চ-সংবেদনশীলতা ইমেজিংয়ের মতো অ্যাপ্লিকেশনগুলির জন্য ব্যবহারিক সমাধান প্রদান করে যার জন্য অতি-উচ্চ দক্ষতা এবং নমনীয় অপারেশন প্রয়োজন। এই কাজটি সিলিকন-ভিত্তিক আরও উন্নয়নের জন্য একটি শক্ত ভিত্তি স্থাপন করেছে।একক-ফোটন ডিটেক্টরপ্রযুক্তি।