ゲルマニウム・シリコン単光子・アヴァランチ・ダイオードの室温操作

科学分野:

• フォトニクスと光電子
• 半導体装置物理学
• 赤外線センサー技術

背景:

• シングルフォトンの検出は 様々な科学分野での進歩にとって 極めて重要です
• 既存のシリコンベースのシングルフォトン・アヴァランチ・ダイオード (SPAD) は,冷凍温度を必要とし,CMOSと完全に互換性がないため,その広範な採用を制限しています.
• 短波赤外線 (SWIR) 検出への移行は,安全性と性能のニーズによって引き起こされていますが,シリコンの光学吸収は1μmを超えると無視できます.

研究 の 目的:

• SWIR検出のために室温で動作できるCMOS互換のSPADを開発する.
• 性能とノイズ等価力の観点から,既存のゲルマニウムベースのSPADを改良する.
• 3Dイメージングのような実用的な応用のための この新しい検出器の可能性を実証します

主な方法:

• シリコンゲルマニウムSPADの製造
• ダークカウント率,検出確率,タイミングジッター,後パルシングを含む主要な性能パラメータの特徴.
• 直接飛行時間の技術を用いた3D点雲画像の実証

主要な成果:

• 室温で動作するCMOS互換のゲルマニウム-シリコンSPADを達成しました.
• 以前のゲルマニウムベースのSPADと比較して,騒音相当の功率の改善を示した.
• キーパラメータには,19 kHz μm−2のダークカウント率,1,310 nmでの検出確率12%,タイミングジッター188 ps,パルス発生後の確率<1%が含まれます.

結論:

• 開発されたゲルマニウムシリコンSPADは,室温で高い性能を提供し,CMOS製造と互換性があります.
• この技術は,SWIRアプリケーションのシリコンSPADの限界に対処します.
• 単光子感受性SWIRセンサ,イマージャー,コンシューマー・エレクトロニクスやその他の日常的なアプリケーションの統合回路への道を開く.