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.
I de seneste år har enkelt-fotondetektionsteknologi vist brede anvendelsesmuligheder inden for mange områder, såsom kvantesikker kommunikation, kvanteberegning, kunstig intelligens og militær detektion, hvilket gør enkelt-fotondetektorer til et aktuelt forskningshotspot .
Fotoner absorberes for at producere hul-elektronpar, og huller kommer ind i multiplikationsområdet under det elektriske felt for at udløse lavinemultiplikation.
Halvleder lavinediodedetektorer har intern lavineforstærkning, hurtig respons, lille størrelse, lav pris og nem integration. De kan opnå en arbejdstemperatur på omkring minus 40 grader gennem halvlederkøling, hvilket gør dem til et bedre valg til enkelt-fotondetektorer. Blandt dem er InP/InGaAs nær-infrarød enkelt-fotondetektor den mest modne nær-infrarød lavinediode-enkelt-fotondetektor på nuværende tidspunkt. Dets enkelt-rør og array har været kommercialiserede produkter. De vigtigste præstationsindikatorer inkluderer: enkelt-fotondetektion ved minus 40 grader Effektiviteten overstiger 30 procent, mørketællerhastigheden er mindre end 10kHz, post{11}}impulssandsynligheden er mindre end 5 procent, tiden jitter er mindre end 100ps, og den maksimale tællehastighed overstiger 100MHz. Centerafstanden af focal plane array er 50um, og array størrelse er 256128. To billeddannelsesmetoder, fotontælling og foton timing, kan bruges til tre{17}}dimensionel billeddannelse. På nuværende tidspunkt udvikles enkelt-fotonbrændplansarrays med mindre centerafstand (25 mikron) og større specifikationer (320256 størrelse eller derover) i ind- og udland. Fremkomsten og den nye udvikling af InP/InGaAs nær-infrarøde enkelt-fotondetektorprodukter giver mulighed for stor-anvendelse af sådanne detektorer.
Udviklingsretning af enkeltfotondetektorer
På nuværende tidspunkt går udviklingen af enkelt-fotondetektorer hovedsageligt hurtigt frem ad to veje: Den ene vej er løbende at optimere ydeevnen af eksisterende InP/InGaAs SPAD'er mod mindre mørketal, lavere efter-impulser , højere tællehastigheder og mere Høj arbejdstemperatur og andre retninger. Udfordringen er, at materialefejl i multiplikationslaget fører til store post-pulseffekter, lange dødtider (tid uden laviner) og reducerede tællehastigheder. De nuværende tekniske midler har visse gensidige begrænsninger: for at reducere post-pulsen ved at reducere mængden af lavineladning, hvilket fører til problemet med lav detektionseffektivitet; ved at forlænge dødtiden fører det til problemet med lav tællehastighed; ved at øge temperaturen, reduceres fælden. Bærenes levetid fører til problemet med høj mørketællerhastighed. Den eksisterende løsning er at bruge udviklingen af integrerede quenching-kredsløb til at minimere parasitisk kapacitans og post-puls og samtidig forbedre vækstkvaliteten af multiplikationslagsmaterialer yderligere.
Ydeevneoptimeringen og anvendelsen af enkeltfotondetektorer er uadskillelige fra understøttelsen af quenching-kredsløb. På den ene side skal slukningskredsløbet stoppe lavinen i tide, og på den anden side skal det også undertrykke støjen fra enheden og kredsløbet osv. for at få lavinesignalet frem på forhånd. På nuværende tidspunkt, gennem integrationen af quenching modstand eller potentiel barriere af selve enheden, gennem den monolitiske integration af eksterne quenching kredsløb, og gennem kombinationen af sinusformet gating og forskellige quenching kredsløb, mørketæller og post{0}}puls af enheden er væsentligt reduceret, og enheden er forbedret. tællehastighed.
Arbejdsprincippet for SPAD-baserede enkelt-fotondetektorer.
En anden måde er at finde mere lovende nye materialer og nye mekanismer. Stimuleret af store applikationskrav, nye materialer såsom lav-materialeudvikling baseret på lav k-faktor, bølgelængdeudvidelse baseret på lav-dimensionelle materialer, støjreduktion baseret på ioniseringsmultiplikationsteknik , og multiplikation med høj forstærkning baseret på ballistisk transport af lav-dimensionelle materialer, er der opstået enheder med nye mekanismer, og udviklingen af disse nye teknologier har åbnet nye retninger for yderligere at reducere støjen fra enkelt- fotondetektorer, forbedring af signal-til-støjforhold, forlængelse af bølgelængder og forbedring af enhedens arbejdsforhold.
Vigtige anvendelsesområder for nær-infrarøde enkelt-foton-detektorer
Nær-infrarøde enkelt-fotondetektorer har den ultimative følsomhed af fotondetektion, og deres arbejdsbånd er de vigtigste bånd, der bruges af traditionelle optiske fibre, og er også øjensikre-bånd. Kørsel, 3D-billeddannelse, detektion af svagt signal og andre felter har vigtige anvendelser.
Når laserradaren bruger en 1550nm laser som emissionslyskilde, kan der på grund af det menneskelige øjes sikkerhed bruges en laser med højere effekt, så den kan detektere en længere afstand, så den aktuelle detekteringsafstand er fra 100m til 200m, og lyset med en bølgelængde på 1550nm er Det naturlige lysmiljø har renere baggrundsstøj, hvilket er af stor betydning for anvendelsen af ubemandet eller køretøjsmonteret lidar-. Det forventes, at udviklingen af 1550nm enkelt-fotondetektorer vil fremme den hurtige udvikling af ubemandede og lidar-teknologier markant.
Denne artikel introducerer udviklingen af enkelt-fotondetektorteknologi og relaterede nye teknologier baseret på InP/InGaAs, med det formål at hjælpe med at øge forståelsen og forståelsen af nær-infrarøde enkelt-fotondetektorer, udvide deres applikationer og give yderligere forbedring og udvikling af ydeevnen. henvise til.
GMKJ Technology er dybt engageret i sunde og smarte lyskilder og forsyner markedet med et komplet udvalg af ultraviolette UVA UVB UVC LED-, infrarøde IR LED VCSEL-produkter og -løsninger, og har hundredvis af høj-kvalitetspartnere i indenlandske og udenlandske markeder for i fællesskab at fremme brugen af lysteknologi til at skabe et sundt og smart liv. .