Recentment, l'article de revisió "Advances in near-infrared allanche díode detectors d'un foton" de l'equip de Shi Yanli de la Universitat de Yunnan es va publicar a la revista global d'investigació completa d'avantguarda Chip. Aquest article de revisió presenta el desenvolupament de detectors d'un foton d'un sol infraroig proper.
En els últims anys, la tecnologia de detecció de fotonos ha mostrat àmplies perspectives d'aplicació en molts camps com la comunicació quàntica segura, la computació quàntica, la intel·ligència artificial i la detecció militar, fent dels detectors d'un sol fotó un punt d'investigació actual.
Els fotons s'absorbeixen per produir parells forats-electrons, i els forats entren a la regió de multiplicació i desprenen el camp elèctric per desencadenar la multiplicació d'allaus.
Els detectors de díodes d'allaus semiconductors tenen guany d'allaus interns, resposta ràpida, mida petita, baix cost i fàcil integració. Poden aconseguir una temperatura de treball d'uns 40 °C a través de la refrigeració per semiconductors, fent-los una millor opció per als detectors d'un sol fotó. Entre ells, el detector de fotono d'un sol infraroig proper InP/InGaAs és el detector de díodes d'un sol fotó d'infraroig proper més madur en l'actualitat. El seu mono-tub i matriu han estat productes comercialitzats. Els principals indicadors de rendiment inclouen: detecció d'un sol fotó a menys de 40 °C L'eficiència supera el 30%, la taxa de recompte fosc és inferior a 10 kHz, la probabilitat post-pols és inferior al 5%, el temps agitador és inferior a 100ps i la taxa màxima de recompte supera els 100 MHz. La distància central de la matriu de pla focal és de 50um, i la mida de la matriu és de 256×128. Dos mètodes d'imatge, el recompte de foton i el cronometratge del fotó, es poden utilitzar per a imatges tridimensionals. En l'actualitat, les matrius de pla focal d'un sol fotó amb una distància central més petita (25 micres) i especificacions més grans (mida 320×256 o superior) s'estan desenvolupant a casa i a l'estranger. L'aparició i el nou progrés dels productes detectors de foton d'un sol infraroig propers InP / InGaAs proporcionen la possibilitat per a l'aplicació a gran escala d'aquests detectors.
Direcció de desenvolupament de detectors de fotó únic
En l'actualitat, el desenvolupament de detectors d'un sol fotó avança principalment al llarg de dos camins: un camí és optimitzar contínuament el rendiment dels SPAD InP / InGaAs existents, cap a recomptes foscos més petits, post-polsos més baixos, taxes de recompte més altes i més alta temperatura de treball i altres direccions. El repte és que els defectes materials en la capa de multiplicació condueixen a grans efectes post-pols, temps morts llargs (temps sense allaus) i taxes de recompte reduïdes. Els mitjans tècnics actuals tenen certes restriccions mútues: per tal de reduir el post-pols, reduint la quantitat de càrrega d'allaus, la qual cosa condueix al problema de baixa eficiència de detecció; en prolongar el temps mort, condueix al problema de la baixa taxa de recompte; augmentant la temperatura, la captura es redueix. La vida útil dels portadors condueix al problema de l'alta taxa de recompte fosc. La solució existent és utilitzar el desenvolupament de circuits integrats de apagat per minimitzar la capacitància paràsita i el post-pols, i al mateix temps, millorar encara més la qualitat de creixement dels materials de la capa de multiplicació.
L'optimització del rendiment i l'aplicació de detectors de foton individuals són inseparables del suport de circuits de apagat. D'una banda, el circuit de apagat ha d'aturar l'allau a temps, i d'altra banda, també ha de suprimir el soroll del dispositiu i el circuit, etc., per treure el senyal d'allaus amb antelació. En l'actualitat, mitjançant la integració de la resistència a l'apagat o barrera potencial del propi dispositiu, a través de la integració monolítica de circuits de apagat externs, i mitjançant la combinació de tancament sinusoïdal i diferents circuits de apagat, el recompte fosc i el post-pols del dispositiu es redueixen significativament, i el dispositiu es millora. taxa de recompte.
Principi de funcionament dels detectors d'un sol fotó basats en SPAD.
Una altra manera és trobar nous materials més prometedors i nous dispositius de mecanisme. Estimulats per enormes demandes d'aplicació, nous materials com el desenvolupament de materials de baix soroll basats en el baix factor k, l'extensió de longitud d'ona basada en materials de baixa dimensió, la reducció del soroll basada en l'enginyeria de multiplicació d'ionització i la multiplicació d'alt guany basada en el transport balístic de materials de baixa dimensió, han sorgit dispositius amb nous mecanismes, i el desenvolupament d'aquestes noves tecnologies ha obert noves direccions per reduir encara més el soroll dels detectors d'un sol fotó, millorar les relacions senyal-soroll, ampliar longituds d'ona i millorar les condicions de treball del dispositiu.
Importants àrees d'aplicació de detectors d'un foton d'un sol infraroig proper
Els detectors de foton d'un sol infraroig proper tenen la màxima sensibilitat de la detecció de foton, i les seves bandes de treball són les bandes principals utilitzades per les fibres òptiques tradicionals, i també són bandes segures per als ulls. La conducció, la imatge 3D, la detecció de senyals feble i altres camps tenen aplicacions importants.
Quan el radar làser utilitza un làser de 1550 nm com a font de llum d'emissió, a causa de la seguretat de l'ull humà, es pot utilitzar un làser de major potència, de manera que pugui detectar una distància més llarga, de manera que la distància de detecció actual sigui de 100m a 200m, i la llum amb una longitud d'ona de 1550nm és L'entorn de llum natural té un soroll de fons més net, que és de gran importància per a l'aplicació de lidar no tripulat o muntat en vehicle. S'espera que el desenvolupament de detectors d'un sol fotó de 1550 nm promogui significativament el ràpid desenvolupament de tecnologies no tripulades i lidar.
Aquest article introdueix el desenvolupament de tecnologia de detectors de fotons individuals i noves tecnologies relacionades basades en InP / InGaAs, amb l'objectiu d'ajudar a augmentar la comprensió i la comprensió dels detectors de fotons d'un sol infraroig proper, ampliar les seves aplicacions i proporcionar una major millora i desenvolupament del rendiment. referiu-nos-hi.
GMKJ Technology està profundament compromesa amb fonts de llum saludables i intel·ligents, proporcionant al mercat una gamma completa de LED UVB UVB ultraviolada UVB, productes i solucions VCSEL LED IR infrarojos IR, i compta amb centenars de socis d'alta qualitat en mercats nacionals i estrangers per promoure conjuntament l'ús de tecnologia lleugera per crear una vida sana i intel·ligent. .
