Nedavno je u globalnom najsuvremenijem sveobuhvatnom istraživačkom časopisu Chip objavljen pregledni rad "Napredak u gotovo infracrvenim detektorima jednofotonske diode lavine" tima Shi Yanlija sa Sveučilišta Yunnan. Ovaj pregledni rad prikazuje razvoj gotovo infracrvenih detektora s jednim fotonom.
Posljednjih godina tehnologija detekcije jednog fotona pokazala je široke izglede za primjenu u mnogim područjima kao što su kvantna sigurna komunikacija, kvantno računalstvo, umjetna inteligencija i vojna detekcija, što detektore s jednim fotonom čini trenutnim žarišnim točkama istraživanja.
Fotoni se apsorbiraju kako bi se proizveli parovi rupa-elektrona, a rupe ulaze u područje množenja negljaju električno polje kako bi pokrenule umnožavanje lavina.
Poluvodički detektori dioda lavina imaju unutarnji prirast lavina, brzi odziv, malu veličinu, nisku cijenu i jednostavnu integraciju. Poluvodičkim hlađenjem mogu postići radnu temperaturu od oko minus 40 °C, što ih čini boljim izborom za detektore s jednim fotonom. Među njima, InP/InGaAs gotovo infracrveni jednofotonski detektor trenutno je najzreliji gotovo infracrveni detektor jednofotonske diode lavine. Njegova jednocijevetna cijev i niz komercijalizirani su proizvodi. Glavni pokazatelji uspješnosti uključuju: detekciju jednom fotonom na minus 40 °C Učinkovitost prelazi 30%, tamna brzina brojanja manja je od 10 kHz, vjerojatnost nakon pulsa manja je od 5%, vremenska trema manja od 100ps, a maksimalna brzina brojanja prelazi 100 MHz. Središnja udaljenost žarišnog ravninskog niza je 50um, a veličina polja je 256×128. Dvije metode snimanja, brojanje fotona i vrijeme fotona, mogu se koristiti za trodimenzionalno snimanje. Trenutno se u zemlji i inozemstvu razvijaju jednofotorni žarišni ravninski nizovi s manjom središnjom udaljenosti (25 mikrona) i većim specifikacijama (veličine 320×256 ili više). Pojava i novi napredak InP/InGaAs gotovo infracrvenih proizvoda s jednim fotonskim detektorom pružaju mogućnost velike primjene takvih detektora.
Razvojni smjer detektora pojedinačnih fotona
Trenutno razvoj jednofotonskih detektora uglavnom ubrzano napreduje na dva puta: jedan put je kontinuirano optimiziranje performansi postojećih InP/InGaAs SPAD-ova, prema manjim tamnim brojevima, nižim post-impulsima, većim stopama brojanja i više visoke radne temperature i drugim smjerovima. Izazov je u tome što materijalni nedostaci u sloju množenja dovode do velikih post-pulsnih učinaka, dugih mrtvih vremena (vrijeme bez lavina) i smanjene stope brojanja. Trenutna tehnička sredstva imaju određena međusobna ograničenja: kako bi se smanjio post-puls, smanjenjem količine lavinskog naboja, što dovodi do problema niske učinkovitosti otkrivanja; produljenjem mrtvog vremena dovodi do problema niske stope brojanja; povećanjem temperature smanjuje se hvatanje. Životni vijek prijevoznika dovodi do problema visoke stope brojanja tame. Postojeće rješenje je korištenje razvoja integriranih krugova gašenja kako bi se smanjila parazitska kapacitivnost i post-puls, a istovremeno dodatno poboljšala kvaliteta rasta materijala slojeva množenja.
Optimizacija performansi i primjena pojedinačnih fotonskih detektora neodvojiva su od podrške krugova gašenja. S jedne strane, krug gašenja mora na vrijeme zaustaviti lavinu, a s druge strane također treba potisnuti buku iz uređaja i kruga itd., Unaprijed izvaditi signal lavine. Trenutno, integracijom otpora gašenja ili potencijalne barijere samog uređaja, kroz monolitnu integraciju vanjskih krugova za gašenje, te kombinacijom sinusoidnog gatinga i različitih krugova gašenja, tamni broj i post-puls uređaja značajno se smanjuju, a uređaj se poboljšava. stopa brojanja.
Princip rada jednofotonskih detektora na bazi SPAD-a.
Drugi način je pronalaženje obećavajućih novih materijala i novih uređaja s mehanizmima. Potaknuti ogromnim zahtjevima za primjenom, pojavili su se novi materijali kao što su razvoj materijala s niskom razinom buke temeljen na niskom k-faktoru, proširenje valne duljine na temelju niskodimenzionalnih materijala, smanjenje buke na temelju inženjeringa množenja ionizacije i visoko umnožavanje dobiti na temelju balističkog transporta niskodimenzionalnih materijala, Uređaji s novim mehanizmima i razvoj tih novih tehnologija otvorili su nove smjerove za daljnje smanjenje buke jednofotonskih detektora, poboljšanje omjera signala i buke, proširenje valnih duljina i poboljšanje radnih uvjeta uređaja.
Važna područja primjene gotovo infracrvenih detektora s jednim fotonom
Gotovo infracrveni detektori s jednim fotonom imaju krajnju osjetljivost detekcije fotona, a njihovi radni pojasevi glavni su pojasevi koje koriste tradicionalna optička vlakna, a također su i trake sigurne za oči. Vožnja, 3D snimanje, slaba detekcija signala i druga polja imaju važne primjene.
Kada laserski radar koristi laser od 1550nm kao izvor svjetlosti emisije, zbog sigurnosti ljudskog oka može se koristiti laser veće snage, tako da može otkriti veću udaljenost, tako da je udaljenost detekcije struje od 100m do 200m, a svjetlo s valnom duljinom od 1550nm je Prirodni svjetlosni okoliš ima čišću pozadinsku buku, što je od velikog značaja za primjenu lidara bez posade ili vozila. Očekuje se da će razvoj jednofotonskih detektora od 1550nm značajno potaknuti brzi razvoj bespilotnih i lidarskih tehnologija.
Ovaj rad uvodi razvoj tehnologije detektora s jednim fotonom i srodnih novih tehnologija temeljenih na InP/InGaA-ima, s ciljem povećanja razumijevanja i razumijevanja gotovo infracrvenih detektora s jednim fotonom, proširenja njihovih primjena i pružanja daljnjeg poboljšanja i razvoja performansi. pogledajte.
GMKJ Technology duboko se bavi zdravim i pametnim izvorima svjetlosti, pružajući tržištu cijeli niz ultraljubičastih UVA UVB UVC LED dioda, infracrvenih IR LED VCSEL proizvoda i rješenja, te ima stotine kvalitetnih partnera na domaćem i inozemnom tržištu koji zajednički promiču korištenje lake tehnologije za stvaranje zdravog i pametnog života. .
