ឧបករណ៍ចាប់រូបភាពតែមួយបានបំបែកឧបសគ្គនៃប្រសិទ្ធភាព 80%
រូបថតតែមួយឧបករណ៍ចាប់រូបភាពត្រូវបានគេប្រើយ៉ាងទូលំទូលាយក្នុងវិស័យ quantum photonics និង single-photon imaging ដោយសារតែគុណសម្បត្តិបង្រួមតូច និងតម្លៃទាប ប៉ុន្តែពួកវាត្រូវប្រឈមមុខនឹងបញ្ហាបច្ចេកទេសខាងក្រោម។
ដែនកំណត់បច្ចេកទេសបច្ចុប្បន្ន
1.CMOS និង thin-junction SPAD៖ ទោះបីជាពួកវាមានការរួមបញ្ចូលខ្ពស់ និងការរំជើបរំជួលក្នុងពេលវេលាទាបក៏ដោយ ស្រទាប់ស្រូបយកគឺស្តើង (ពីរបីមីក្រូម៉ែត្រ) ហើយ PDE ត្រូវបានកំណត់នៅក្នុងតំបន់ជិតអ៊ីនហ្វ្រារ៉េដ ដែលមានត្រឹមតែ 32% នៅ 850 nm ។
2. Thick-junction SPAD: វាមានស្រទាប់ស្រូបយកក្រាស់រាប់សិបមីក្រូម៉ែត្រ។ ផលិតផលពាណិជ្ជកម្មមាន PDE ប្រហែល 70% នៅ 780 nm ប៉ុន្តែការបំបែក 80% គឺពិបាកខ្លាំងណាស់។
3. អានដែនកំណត់នៃសៀគ្វី៖ SPAD ប្រសព្វក្រាស់ទាមទារវ៉ុលលើស 30V ដើម្បីធានាបាននូវប្រូបាប៊ីលីតេនៃការរអិលខ្ពស់។ ទោះបីជាមានតង់ស្យុង 68V នៅក្នុងសៀគ្វីប្រពៃណីក៏ដោយ PDE អាចត្រូវបានកើនឡើងត្រឹមតែ 75.1% ប៉ុណ្ណោះ។
ដំណោះស្រាយ
បង្កើនប្រសិទ្ធភាពរចនាសម្ព័ន្ធ semiconductor នៃ SPAD ។ ការរចនាពន្លឺខាងក្រោយ៖ ហ្វតុនដែលជួបឧប្បត្តិហេតុត្រូវបានពុករលួយជានិទស្សន្តនៅក្នុងស៊ីលីកុន។ រចនាសម្ព័នបំភ្លឺខាងក្រោយធានាថា ភាគច្រើននៃហ្វូតុងត្រូវបានស្រូបចូលទៅក្នុងស្រទាប់ស្រូបយក ហើយអេឡិចត្រុងដែលបានបង្កើតត្រូវបានចាក់ចូលទៅក្នុងតំបន់ avalanche ។ ដោយសារតែអត្រាអ៊ីយ៉ូដនៃអេឡិចត្រុងនៅក្នុងស៊ីលីកុនគឺខ្ពស់ជាងរន្ធ ការចាក់អេឡិចត្រុងផ្តល់នូវប្រូបាប៊ីលីតេខ្ពស់នៃការធ្លាក់ព្រិល។ Doping សំណងតំបន់ avalanche: ដោយប្រើដំណើរការនៃការសាយភាយជាបន្តបន្ទាប់នៃ boron និង phosphorus, doping រាក់ត្រូវបានផ្តល់សំណងដើម្បីប្រមូលផ្តុំវាលអគ្គីសនីនៅក្នុងតំបន់ជ្រៅដែលមានបញ្ហាគ្រីស្តាល់តិចជាង កាត់បន្ថយសំលេងរំខានដូចជា DCR យ៉ាងមានប្រសិទ្ធភាព។
2. សៀគ្វីអានដែលមានប្រសិទ្ធភាពខ្ពស់។ 50V ខ្ពស់ quenching ការផ្លាស់ប្តូររដ្ឋលឿន; ប្រតិបត្តិការពហុមុខងារ៖ ដោយការរួមបញ្ចូល FPGA control QUENCHING និង RESET signals ការផ្លាស់ប្តូរដែលអាចបត់បែនបានរវាងប្រតិបត្តិការឥតគិតថ្លៃ (សញ្ញាកេះ) ច្រកទ្វារ (ដ្រាយ GATE ខាងក្រៅ) និងរបៀបកូនកាត់ត្រូវបានសម្រេច។
3. ការរៀបចំឧបករណ៍ និងការវេចខ្ចប់។ ដំណើរការ SPAD wafer ត្រូវបានអនុម័តដោយមានកញ្ចប់មេអំបៅ។ SPAD ត្រូវបានភ្ជាប់ទៅនឹងស្រទាប់ខាងក្រោមនៃក្រុមហ៊ុនដឹកជញ្ជូន AlN ហើយត្រូវបានដំឡើងបញ្ឈរនៅលើម៉ាស៊ីនត្រជាក់ thermoelectric (TEC) ហើយការគ្រប់គ្រងសីតុណ្ហភាពត្រូវបានសម្រេចតាមរយៈម៉ាស៊ីនកម្តៅ។ សរសៃអុបទិកពហុម៉ូដត្រូវបានតម្រឹមយ៉ាងជាក់លាក់ជាមួយមជ្ឈមណ្ឌល SPAD ដើម្បីសម្រេចបាននូវការភ្ជាប់ប្រកបដោយប្រសិទ្ធភាព។
4. ការក្រិតតាមខ្នាតការអនុវត្ត។ ការក្រិតតាមខ្នាតត្រូវបានអនុវត្តដោយប្រើ 785 nm picosecond laser diode (100 kHz) និងឧបករណ៍បំប្លែងឌីជីថលតាមពេលវេលា (TDC, 10 ps resolution) ។
សង្ខេប
ដោយការបង្កើនប្រសិទ្ធភាពរចនាសម្ព័ន្ធ SPAD (ប្រសព្វក្រាស់ បំភ្លឺខាងក្រោយ សំណងសារធាតុពុល) និងការច្នៃប្រឌិតសៀគ្វីពន្លត់ភ្លើង 50 V ការសិក្សានេះបានរុញ PDE នៃឧបករណ៍ចាប់រូបថតតែមួយដែលមានមូលដ្ឋានលើស៊ីលីកុនទៅកម្ពស់ថ្មី 84.4% ដោយជោគជ័យ។ បើប្រៀបធៀបជាមួយនឹងផលិតផលពាណិជ្ជកម្ម ដំណើរការដ៏ទូលំទូលាយរបស់វាត្រូវបានពង្រឹងយ៉ាងខ្លាំង ដោយផ្តល់នូវដំណោះស្រាយជាក់ស្តែងសម្រាប់កម្មវិធីដូចជា ការទំនាក់ទំនង quantum កុំព្យូទ័រ quantum និងការថតរូបភាពដែលមានភាពរសើបខ្ពស់ ដែលទាមទារប្រសិទ្ធភាពខ្ពស់ និងប្រតិបត្តិការដែលអាចបត់បែនបាន។ ការងារនេះបានដាក់គ្រឹះរឹងមាំសម្រាប់ការអភិវឌ្ឍបន្ថែមទៀតនៃសារធាតុស៊ីលីកុនឧបករណ៍ចាប់រូបថតតែមួយបច្ចេកវិទ្យា។
ពេលវេលាប្រកាស៖ ថ្ងៃទី ២៨ ខែតុលា ឆ្នាំ ២០២៥