ਸਿੰਗਲ-ਫੋਟੌਨ ਫੋਟੋਡਿਟੈਕਟਰ80% ਕੁਸ਼ਲਤਾ ਦੀ ਰੁਕਾਵਟ ਨੂੰ ਪਾਰ ਕਰ ਲਿਆ ਹੈ
ਸਿੰਗਲ-ਫੋਟੋਨਫੋਟੋਡਿਟੈਕਟਰਇਹਨਾਂ ਦੇ ਸੰਖੇਪ ਅਤੇ ਘੱਟ ਲਾਗਤ ਵਾਲੇ ਫਾਇਦਿਆਂ ਦੇ ਕਾਰਨ, ਇਹਨਾਂ ਨੂੰ ਕੁਆਂਟਮ ਫੋਟੋਨਿਕਸ ਅਤੇ ਸਿੰਗਲ-ਫੋਟੋਨ ਇਮੇਜਿੰਗ ਦੇ ਖੇਤਰਾਂ ਵਿੱਚ ਵਿਆਪਕ ਤੌਰ 'ਤੇ ਵਰਤਿਆ ਜਾਂਦਾ ਹੈ, ਪਰ ਇਹਨਾਂ ਨੂੰ ਹੇਠ ਲਿਖੀਆਂ ਤਕਨੀਕੀ ਰੁਕਾਵਟਾਂ ਦਾ ਸਾਹਮਣਾ ਕਰਨਾ ਪੈਂਦਾ ਹੈ।
ਮੌਜੂਦਾ ਤਕਨੀਕੀ ਸੀਮਾਵਾਂ
1.CMOS ਅਤੇ ਥਿਨ-ਜੰਕਸ਼ਨ SPAD: ਹਾਲਾਂਕਿ ਇਹਨਾਂ ਵਿੱਚ ਉੱਚ ਏਕੀਕਰਨ ਅਤੇ ਘੱਟ ਟਾਈਮਿੰਗ ਜਿਟਰ ਹੈ, ਸੋਖਣ ਪਰਤ ਪਤਲੀ ਹੈ (ਕੁਝ ਮਾਈਕ੍ਰੋਮੀਟਰ), ਅਤੇ PDE ਨੇੜੇ-ਇਨਫਰਾਰੈੱਡ ਖੇਤਰ ਵਿੱਚ ਸੀਮਤ ਹੈ, 850 nm 'ਤੇ ਸਿਰਫ 32% ਦੇ ਨਾਲ।
2. ਥਿਕ-ਜੰਕਸ਼ਨ SPAD: ਇਸ ਵਿੱਚ ਦਸਾਂ ਮਾਈਕ੍ਰੋਮੀਟਰ ਮੋਟੀ ਇੱਕ ਸੋਖਣ ਪਰਤ ਹੈ। ਵਪਾਰਕ ਉਤਪਾਦਾਂ ਦਾ PDE 780 nm 'ਤੇ ਲਗਭਗ 70% ਹੁੰਦਾ ਹੈ, ਪਰ 80% ਨੂੰ ਤੋੜਨਾ ਬਹੁਤ ਚੁਣੌਤੀਪੂਰਨ ਹੁੰਦਾ ਹੈ।
3. ਸਰਕਟ ਸੀਮਾਵਾਂ ਨੂੰ ਪੜ੍ਹੋ: ਥਿਕ-ਜੰਕਸ਼ਨ SPAD ਨੂੰ ਉੱਚ ਹਿਮਬਾਲ ਸੰਭਾਵਨਾ ਨੂੰ ਯਕੀਨੀ ਬਣਾਉਣ ਲਈ 30V ਤੋਂ ਵੱਧ ਦੇ ਓਵਰਬਿਆਸ ਵੋਲਟੇਜ ਦੀ ਲੋੜ ਹੁੰਦੀ ਹੈ। ਰਵਾਇਤੀ ਸਰਕਟਾਂ ਵਿੱਚ 68V ਦੇ ਬੁਝਾਉਣ ਵਾਲੇ ਵੋਲਟੇਜ ਦੇ ਨਾਲ ਵੀ, PDE ਨੂੰ ਸਿਰਫ 75.1% ਤੱਕ ਵਧਾਇਆ ਜਾ ਸਕਦਾ ਹੈ।
ਹੱਲ
SPAD ਦੇ ਸੈਮੀਕੰਡਕਟਰ ਢਾਂਚੇ ਨੂੰ ਅਨੁਕੂਲ ਬਣਾਓ। ਬੈਕ-ਇਲੂਮੀਨੇਟਡ ਡਿਜ਼ਾਈਨ: ਘਟਨਾ ਫੋਟੌਨ ਸਿਲੀਕਾਨ ਵਿੱਚ ਤੇਜ਼ੀ ਨਾਲ ਸੜਦੇ ਹਨ। ਬੈਕ-ਇਲੂਮੀਨੇਟਡ ਢਾਂਚਾ ਇਹ ਯਕੀਨੀ ਬਣਾਉਂਦਾ ਹੈ ਕਿ ਜ਼ਿਆਦਾਤਰ ਫੋਟੌਨ ਸੋਖਣ ਪਰਤ ਵਿੱਚ ਲੀਨ ਹੋ ਜਾਂਦੇ ਹਨ, ਅਤੇ ਤਿਆਰ ਕੀਤੇ ਇਲੈਕਟ੍ਰੌਨ ਬਰਫ਼ਬਾਰੀ ਖੇਤਰ ਵਿੱਚ ਟੀਕਾ ਲਗਾਏ ਜਾਂਦੇ ਹਨ। ਕਿਉਂਕਿ ਸਿਲੀਕਾਨ ਵਿੱਚ ਇਲੈਕਟ੍ਰੌਨਾਂ ਦੀ ਆਇਓਨਾਈਜ਼ੇਸ਼ਨ ਦਰ ਛੇਕਾਂ ਨਾਲੋਂ ਵੱਧ ਹੁੰਦੀ ਹੈ, ਇਲੈਕਟ੍ਰੌਨ ਇੰਜੈਕਸ਼ਨ ਬਰਫ਼ਬਾਰੀ ਦੀ ਉੱਚ ਸੰਭਾਵਨਾ ਪ੍ਰਦਾਨ ਕਰਦਾ ਹੈ। ਡੋਪਿੰਗ ਮੁਆਵਜ਼ਾ ਬਰਫ਼ਬਾਰੀ ਖੇਤਰ: ਬੋਰਾਨ ਅਤੇ ਫਾਸਫੋਰਸ ਦੀ ਨਿਰੰਤਰ ਪ੍ਰਸਾਰ ਪ੍ਰਕਿਰਿਆ ਦੀ ਵਰਤੋਂ ਕਰਕੇ, ਘੱਟ ਕ੍ਰਿਸਟਲ ਨੁਕਸ ਵਾਲੇ ਡੂੰਘੇ ਖੇਤਰ ਵਿੱਚ ਬਿਜਲੀ ਖੇਤਰ ਨੂੰ ਕੇਂਦਰਿਤ ਕਰਨ ਲਈ ਖੋਖਲੇ ਡੋਪਿੰਗ ਨੂੰ ਮੁਆਵਜ਼ਾ ਦਿੱਤਾ ਜਾਂਦਾ ਹੈ, ਜਿਸ ਨਾਲ DCR ਵਰਗੇ ਸ਼ੋਰ ਨੂੰ ਪ੍ਰਭਾਵਸ਼ਾਲੀ ਢੰਗ ਨਾਲ ਘਟਾਇਆ ਜਾਂਦਾ ਹੈ।
2. ਉੱਚ-ਪ੍ਰਦਰਸ਼ਨ ਰੀਡਆਉਟ ਸਰਕਟ। 50V ਉੱਚ ਐਪਲੀਟਿਊਡ ਕੁਐਂਚਿੰਗ ਤੇਜ਼ ਸਥਿਤੀ ਤਬਦੀਲੀ; ਮਲਟੀਮੋਡਲ ਓਪਰੇਸ਼ਨ: FPGA ਕੰਟਰੋਲ ਕੁਐਂਚਿੰਗ ਅਤੇ ਰੀਸੈਟ ਸਿਗਨਲਾਂ ਨੂੰ ਜੋੜ ਕੇ, ਮੁਫਤ ਓਪਰੇਸ਼ਨ (ਸਿਗਨਲ ਟਰਿੱਗਰ), ਗੇਟਿੰਗ (ਬਾਹਰੀ ਗੇਟ ਡਰਾਈਵ), ਅਤੇ ਹਾਈਬ੍ਰਿਡ ਮੋਡਾਂ ਵਿਚਕਾਰ ਲਚਕਦਾਰ ਸਵਿਚਿੰਗ ਪ੍ਰਾਪਤ ਕੀਤੀ ਜਾਂਦੀ ਹੈ।
3. ਡਿਵਾਈਸ ਦੀ ਤਿਆਰੀ ਅਤੇ ਪੈਕੇਜਿੰਗ। SPAD ਵੇਫਰ ਪ੍ਰਕਿਰਿਆ ਨੂੰ ਇੱਕ ਬਟਰਫਲਾਈ ਪੈਕੇਜ ਦੇ ਨਾਲ ਅਪਣਾਇਆ ਜਾਂਦਾ ਹੈ। SPAD ਨੂੰ AlN ਕੈਰੀਅਰ ਸਬਸਟਰੇਟ ਨਾਲ ਜੋੜਿਆ ਜਾਂਦਾ ਹੈ ਅਤੇ ਥਰਮੋਇਲੈਕਟ੍ਰਿਕ ਕੂਲਰ (TEC) 'ਤੇ ਲੰਬਕਾਰੀ ਤੌਰ 'ਤੇ ਸਥਾਪਿਤ ਕੀਤਾ ਜਾਂਦਾ ਹੈ, ਅਤੇ ਤਾਪਮਾਨ ਨਿਯੰਤਰਣ ਇੱਕ ਥਰਮਿਸਟਰ ਦੁਆਰਾ ਪ੍ਰਾਪਤ ਕੀਤਾ ਜਾਂਦਾ ਹੈ। ਕੁਸ਼ਲ ਕਪਲਿੰਗ ਪ੍ਰਾਪਤ ਕਰਨ ਲਈ ਮਲਟੀਮੋਡ ਆਪਟੀਕਲ ਫਾਈਬਰਾਂ ਨੂੰ SPAD ਸੈਂਟਰ ਨਾਲ ਸਹੀ ਢੰਗ ਨਾਲ ਜੋੜਿਆ ਜਾਂਦਾ ਹੈ।
4. ਪ੍ਰਦਰਸ਼ਨ ਕੈਲੀਬ੍ਰੇਸ਼ਨ। ਕੈਲੀਬ੍ਰੇਸ਼ਨ ਇੱਕ 785 nm ਪਿਕੋਸੈਕਿੰਡ ਪਲਸਡ ਲੇਜ਼ਰ ਡਾਇਓਡ (100 kHz) ਅਤੇ ਇੱਕ ਟਾਈਮ-ਡਿਜੀਟਲ ਕਨਵਰਟਰ (TDC, 10 ps ਰੈਜ਼ੋਲਿਊਸ਼ਨ) ਦੀ ਵਰਤੋਂ ਕਰਕੇ ਕੀਤਾ ਗਿਆ ਸੀ।
ਸੰਖੇਪ
SPAD ਢਾਂਚੇ (ਮੋਟਾ ਜੰਕਸ਼ਨ, ਬੈਕ-ਇਲੂਮੀਨੇਟਡ, ਡੋਪਿੰਗ ਮੁਆਵਜ਼ਾ) ਨੂੰ ਅਨੁਕੂਲ ਬਣਾ ਕੇ ਅਤੇ 50 V ਕੁਐਂਚਿੰਗ ਸਰਕਟ ਨੂੰ ਨਵੀਨਤਾ ਦੇ ਕੇ, ਇਸ ਅਧਿਐਨ ਨੇ ਸਿਲੀਕਾਨ-ਅਧਾਰਤ ਸਿੰਗਲ-ਫੋਟੋਨ ਡਿਟੈਕਟਰ ਦੇ PDE ਨੂੰ ਸਫਲਤਾਪੂਰਵਕ 84.4% ਦੀ ਨਵੀਂ ਉਚਾਈ 'ਤੇ ਧੱਕ ਦਿੱਤਾ। ਵਪਾਰਕ ਉਤਪਾਦਾਂ ਦੇ ਮੁਕਾਬਲੇ, ਇਸਦੀ ਵਿਆਪਕ ਕਾਰਗੁਜ਼ਾਰੀ ਵਿੱਚ ਕਾਫ਼ੀ ਵਾਧਾ ਕੀਤਾ ਗਿਆ ਹੈ, ਜੋ ਕਿ ਕੁਆਂਟਮ ਸੰਚਾਰ, ਕੁਆਂਟਮ ਕੰਪਿਊਟਿੰਗ, ਅਤੇ ਉੱਚ-ਸੰਵੇਦਨਸ਼ੀਲਤਾ ਇਮੇਜਿੰਗ ਵਰਗੇ ਐਪਲੀਕੇਸ਼ਨਾਂ ਲਈ ਵਿਹਾਰਕ ਹੱਲ ਪ੍ਰਦਾਨ ਕਰਦਾ ਹੈ ਜਿਨ੍ਹਾਂ ਲਈ ਅਤਿ-ਉੱਚ ਕੁਸ਼ਲਤਾ ਅਤੇ ਲਚਕਦਾਰ ਸੰਚਾਲਨ ਦੀ ਲੋੜ ਹੁੰਦੀ ਹੈ। ਇਸ ਕੰਮ ਨੇ ਸਿਲੀਕਾਨ-ਅਧਾਰਤ ਦੇ ਹੋਰ ਵਿਕਾਸ ਲਈ ਇੱਕ ਠੋਸ ਨੀਂਹ ਰੱਖੀ ਹੈ।ਸਿੰਗਲ-ਫੋਟੋਨ ਡਿਟੈਕਟਰਤਕਨਾਲੋਜੀ।
ਪੋਸਟ ਸਮਾਂ: ਅਕਤੂਬਰ-28-2025