سنگل فوٹون فوٹو ڈیٹیکٹر80% کارکردگی کی رکاوٹ کو توڑ دیا ہے۔
سنگل فوٹوونفوٹو ڈیٹیکٹرکوانٹم فوٹوونکس اور سنگل فوٹوون امیجنگ کے شعبوں میں ان کے کمپیکٹ اور کم لاگت کے فوائد کی وجہ سے بڑے پیمانے پر استعمال کیا جاتا ہے، لیکن انہیں درج ذیل تکنیکی رکاوٹوں کا سامنا ہے۔
موجودہ تکنیکی حدود
1.CMOS اور پتلا-جنکشن SPAD: اگرچہ ان میں اعلی انضمام اور کم وقت کی گھنٹی ہے، جذب کرنے کی تہہ پتلی ہے (چند مائیکرو میٹر)، اور PDE قریب اورکت والے علاقے میں محدود ہے، 850 nm پر صرف 32% کے ساتھ۔
2. Thick-junction SPAD: اس میں دسیوں مائکرو میٹر موٹی جذب کرنے والی تہہ ہے۔ تجارتی مصنوعات میں 780 nm پر تقریباً 70% کا PDE ہوتا ہے، لیکن 80% کو توڑنا انتہائی مشکل ہے۔
3. سرکٹ کی حدود کو پڑھیں: موٹے جنکشن SPAD کو برفانی تودے کے اعلی امکان کو یقینی بنانے کے لیے 30V سے زیادہ اووربیاس وولٹیج کی ضرورت ہوتی ہے۔ روایتی سرکٹس میں 68V کے بجھانے والے وولٹیج کے ساتھ بھی، PDE کو صرف 75.1% تک بڑھایا جا سکتا ہے۔
حل
SPAD کے سیمی کنڈکٹر ڈھانچے کو بہتر بنائیں۔ بیک الیومینیٹڈ ڈیزائن: واقعہ فوٹون سلیکون میں تیزی سے زوال پذیر ہوتے ہیں۔ پیچھے سے روشن شدہ ڈھانچہ اس بات کو یقینی بناتا ہے کہ فوٹان کی اکثریت جذب کی تہہ میں جذب ہو جاتی ہے، اور پیدا ہونے والے الیکٹران برفانی تودے کے علاقے میں داخل کیے جاتے ہیں۔ چونکہ سلیکون میں الیکٹران کی آئنائزیشن کی شرح سوراخوں سے زیادہ ہے، الیکٹران انجیکشن برفانی تودے کا زیادہ امکان فراہم کرتا ہے۔ ڈوپنگ معاوضہ برفانی تودہ خطہ: بوران اور فاسفورس کے مسلسل پھیلاؤ کے عمل کو استعمال کرتے ہوئے، کم کرسٹل نقائص کے ساتھ گہرے خطے میں برقی میدان کو مرتکز کرنے کے لیے اتلی ڈوپنگ کی تلافی کی جاتی ہے، جو مؤثر طریقے سے شور کو کم کرتی ہے جیسے کہ DCR۔
2. اعلی کارکردگی کا ریڈ آؤٹ سرکٹ۔ 50V اعلی طول و عرض بجھانے والی تیز رفتار حالت کی منتقلی؛ ملٹی موڈل آپریشن: ایف پی جی اے کنٹرول کوئنچنگ اور ری سیٹ سگنلز کو ملا کر، فری آپریشن (سگنل ٹرگر)، گیٹنگ (بیرونی گیٹ ڈرائیو) اور ہائبرڈ موڈز کے درمیان لچکدار سوئچنگ حاصل کی جاتی ہے۔
3. ڈیوائس کی تیاری اور پیکیجنگ۔ تتلی پیکج کے ساتھ SPAD ویفر کا عمل اپنایا جاتا ہے۔ SPAD AlN کیریئر سبسٹریٹ سے منسلک ہوتا ہے اور تھرمو الیکٹرک کولر (TEC) پر عمودی طور پر نصب ہوتا ہے، اور درجہ حرارت کو کنٹرول تھرمسٹر کے ذریعے حاصل کیا جاتا ہے۔ ملٹی موڈ آپٹیکل فائبرز کو SPAD سنٹر کے ساتھ درست طریقے سے جوڑا گیا ہے تاکہ موثر جوڑے کو حاصل کیا جا سکے۔
4. کارکردگی کیلیبریشن۔ کیلیبریشن 785 nm picosecond pulsed laser diode (100 kHz) اور ٹائم ڈیجیٹل کنورٹر (TDC، 10 PS ریزولوشن) کا استعمال کرتے ہوئے کی گئی تھی۔
خلاصہ
SPAD ڈھانچہ (موٹا جنکشن، بیک الیومینیٹڈ، ڈوپنگ معاوضہ) کو بہتر بنا کر اور 50 V بجھانے والے سرکٹ کو اختراع کر کے، اس مطالعہ نے سلیکون پر مبنی سنگل فوٹون ڈیٹیکٹر کے PDE کو کامیابی سے 84.4% کی نئی بلندی تک پہنچا دیا۔ تجارتی مصنوعات کے مقابلے میں، اس کی جامع کارکردگی کو نمایاں طور پر بڑھایا گیا ہے، جو کوانٹم کمیونیکیشن، کوانٹم کمپیوٹنگ، اور ہائی حساسیت امیجنگ جیسی ایپلی کیشنز کے لیے عملی حل فراہم کرتا ہے جس کے لیے انتہائی اعلیٰ کارکردگی اور لچکدار آپریشن کی ضرورت ہوتی ہے۔ اس کام نے سلیکون کی بنیاد پر مزید ترقی کے لیے ایک مضبوط بنیاد رکھی ہے۔سنگل فوٹون کا پتہ لگانے والاٹیکنالوجی
پوسٹ ٹائم: اکتوبر-28-2025