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低暗计数率InGaAsP/InP单光子雪崩二极管 被引量:2
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作者 石柱 代千 +5 位作者 宋海智 谢和平 覃文治 邓杰 柯尊贵 孔繁林 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2017年第12期272-278,共7页
通过对InGaAsP/InP单光子雪崩二极管(SPAD)的探测效率、暗计数率等基本特性与该器件的禁带宽度、电场分布、雪崩长度、工作温度等参数之间关系的分析,采用比通常的InxGa As(x=0.53)材料具有更宽带隙的InxGa1-xAsyP1-y(x=0.78,y=0.47)材... 通过对InGaAsP/InP单光子雪崩二极管(SPAD)的探测效率、暗计数率等基本特性与该器件的禁带宽度、电场分布、雪崩长度、工作温度等参数之间关系的分析,采用比通常的InxGa As(x=0.53)材料具有更宽带隙的InxGa1-xAsyP1-y(x=0.78,y=0.47)材料作为光吸收层,并且精确控制InP倍增层的雪崩长度,有效地降低了SPAD的暗计数率。其中InGaAsP材料与In P材料晶格匹配良好,可在In P衬底上外延生长高质量的InGaAsP/InP异质结,InGaAsP材料的带隙为Eg=1.03 e V,截止波长为1.2μm,可满足1.06μm单光子探测需要。同时,通过设计并研制出1.06μm InGaAsP/InP SPAD,对其特性参数进行测试,结果表明,当工作温度为270 K时,探测效率20%下的暗计数率约20 k Hz。因此基于时间相关单光子计数技术的该器件可在主动淬灭模式下用于随机到达的光子探测。 展开更多
关键词 单光子雪崩二极管 INGAASP/INP 1.06μm 自由模式 暗计数率
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STI埋层的高光电流和低暗计数率单光子雪崩二极管(英文) 被引量:2
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作者 金湘亮 彭亚男 +4 位作者 曾朵朵 杨红姣 蒲华燕 彭艳 罗均 《红外与毫米波学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2019年第2期149-153,共5页
研究和分析了一种0. 18μm CMOS工艺单光子雪崩二极管(SPAD),其结构能抑制过早的边缘击穿(PEB),同时获得较大的光电流和低的暗计数率(DCR).该SPAD由p-well/deep n-well的感光结,deep n-well向上扩散形成的区域和边缘Shallow Trench Isol... 研究和分析了一种0. 18μm CMOS工艺单光子雪崩二极管(SPAD),其结构能抑制过早的边缘击穿(PEB),同时获得较大的光电流和低的暗计数率(DCR).该SPAD由p-well/deep n-well的感光结,deep n-well向上扩散形成的区域和边缘Shallow Trench Isolation(STI)共同形成的保护环组成.通过测试确定了与光电流和暗率有关的STI层的大小.结果证明,在STI层与保护环之间的重叠区域为1μm时,SPAD的暗计数率和光电流最佳.此外,直径为10μm的圆形SPAD器件的暗计数率为208 Hz,且在波长为510 nm时峰值光子探测概率为20. 8%,此时具有低的暗计数率和高的探测效率以及宽的光谱响应特性. 展开更多
关键词 单光子雪崩二极管 边缘击穿 暗计数率 互补金属氧化物半导体 光子探测概
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SPAD探测器深n阱保护环宽度对暗计数噪声的影响
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作者 董杰 刘丹璐 +1 位作者 许唐 徐跃 《半导体技术》 CAS 北大核心 2022年第12期979-984,共6页
为了探究单光子雪崩二极管(SPAD)器件的保护环宽度(W_(GR))对暗计数噪声的影响,基于标准180 nm CMOS工艺,设计了以低浓度掺杂深n阱(DNW)为保护环的p阱(PW)/DNW结构,通过实验和TCAD仿真研究了W_(GR)对暗计数噪声的影响。实验结果表明,当W... 为了探究单光子雪崩二极管(SPAD)器件的保护环宽度(W_(GR))对暗计数噪声的影响,基于标准180 nm CMOS工艺,设计了以低浓度掺杂深n阱(DNW)为保护环的p阱(PW)/DNW结构,通过实验和TCAD仿真研究了W_(GR)对暗计数噪声的影响。实验结果表明,当W_(GR)从1μm增加到2μm时,室温下SPAD器件的暗计数率(DCR)从79 kHz显著减小到17 kHz;当W_(GR)从2μm增加到3μm时,DCR不再发生明显变化。TCAD仿真揭示了当W_(GR)从2μm减小到1μm时,保护环区域的电场强度增长较大,导致缺陷辅助隧穿(TAT)效应引起的暗计数显著增加。当W_(GR)增加到2μm以上时,保护环区域的电场强度不再降低,继续增大W_(GR)对降低DCR不再有效,反而会导致SPAD器件填充因子减小。因此DNW W_(GR)为2μm的SPAD器件在具有低暗计数率的同时又有较小的尺寸,有利于高密度阵列的集成。 展开更多
关键词 单光子雪崩二极管(SPAD) 暗计数率(DCR) 保护环 缺陷辅助隧穿(TAT) 激活能
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室温下高探测效率InGaAsP/InP单光子雪崩二极管
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作者 祁雨菲 王文娟 +5 位作者 孙京华 武文 梁焰 曲会丹 周敏 陆卫 《红外与毫米波学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2024年第1期1-6,共6页
描述了一种高性能平面InGaAsP/InP单光子雪崩二极管(SPAD),该二极管具有单独的吸收、分级、电荷和倍增(SAGCM)异质结构。通过电场调节和缺陷控制,SPAD在293 K的门控模式下工作,光子探测效率(PDE)为70%,暗计数率(DCR)为14.93 kHz,后脉冲... 描述了一种高性能平面InGaAsP/InP单光子雪崩二极管(SPAD),该二极管具有单独的吸收、分级、电荷和倍增(SAGCM)异质结构。通过电场调节和缺陷控制,SPAD在293 K的门控模式下工作,光子探测效率(PDE)为70%,暗计数率(DCR)为14.93 kHz,后脉冲概率(APP)为0.89%。此外,在死区时间为200 ns的主动淬灭模式下工作时,室温下实现了12.49%的PDE和72.29 kHz的DCR。 展开更多
关键词 单光子雪崩二极管 暗计数率 光子探测效 后脉冲概
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基于温度变化的相位QKD系统误码率分析
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作者 吴佳楠 张莹 +2 位作者 赵剑 朱德新 宋立军 《中南大学学报(自然科学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第9期3234-3241,共8页
基于量子力学基本特性的量子密钥分发系统在经典传输上采用一次一密的加密方式,在理论上具有绝对安全性,但由于系统光学器件不完善等问题,导致量子密钥分发系统存在一定误码。根据盖革模式下的单光子探测器性能,研究温度对量子密钥分发... 基于量子力学基本特性的量子密钥分发系统在经典传输上采用一次一密的加密方式,在理论上具有绝对安全性,但由于系统光学器件不完善等问题,导致量子密钥分发系统存在一定误码。根据盖革模式下的单光子探测器性能,研究温度对量子密钥分发系统暗计数概率以及误码率的影响。首先,在中国寒带地区搭建了基于相位编码的32 km实际远程量子密钥分发系统,全年对该系统进行实际测试与参数采集;其次,引入单光子探测效率和暗计数概率,根据诱骗态QKD协议的原理和单光子探测器的工作模式给出误码率和探测器性能参数的一般理论公式;最后,系统分析单光子探测器的性能对实际远程点对点相位编码的诱骗态QKD系统的影响。研究结果表明:在基于相位编码诱骗态量子密钥分发系统中,影响误码率的主要因素为暗计数概率,调控环境温度能够改变系统暗计数概率,进而影响系统误码率。实验结果与理论分析结果相一致,即温度升高,误码率增大。而在实际工作环境中,系统误码率对于小范围区间内的温度变化表现得并不敏感。 展开更多
关键词 QKD(quantum keydistribution)系统 成码 信号态误码 诱骗态误码 暗计数率 温度
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SOI基横向SAMBM APD三维建模与特性研究
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作者 谢进 宜新博 +2 位作者 刘景硕 崔凯月 谢海情 《电子设计工程》 2024年第16期59-63,68,共6页
为更好表征器件的工作过程,为后续器件工艺制备实现提供更精确的理论支撑,采用SEN-TAURUS软件对SOI基横向多缓冲区SAM雪崩光电二极管进行三维建模仿真与特性研究。对器件的雪崩电压、光暗电流、响应度、雪崩增益、雪崩发生概率、光子探... 为更好表征器件的工作过程,为后续器件工艺制备实现提供更精确的理论支撑,采用SEN-TAURUS软件对SOI基横向多缓冲区SAM雪崩光电二极管进行三维建模仿真与特性研究。对器件的雪崩电压、光暗电流、响应度、雪崩增益、雪崩发生概率、光子探测效率以及暗计数率进行研究分析。仿真结果表明,器件雪崩电压为8.0 V,在偏置电压为4 V时,器件暗电流为5.31×10^(-16)A;当入射光波长为400 nm,光功率为0.001 W/cm^(2)时,响应度为170 A/W,增益为308.6;过偏压为1 V时,光子探测效率峰值为42.3%,暗计数率为476 Hz。 展开更多
关键词 雪崩光电二极管 三维建模 I-V特性 光子探测效 暗计数率
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Research on the correlation between the dual diffusion behavior of zinc in InGaAs/InP single-photon avalanche photodiodes and device performance
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作者 LIU Mao-Fan YU Chun-Lei +7 位作者 MA Ying-Jie YU Yi-Zhen YANG Bo TIAN Yu BAO Peng-Fei CAO Jia-Sheng LIU Yi LI Xue 《红外与毫米波学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2024年第5期595-602,共8页
The development of InGaAs/InP single-photon avalanche photodiodes(SPADs)necessitates the utiliza-tion of a two-element diffusion technique to achieve accurate manipulation of the multiplication width and the dis-tribu... The development of InGaAs/InP single-photon avalanche photodiodes(SPADs)necessitates the utiliza-tion of a two-element diffusion technique to achieve accurate manipulation of the multiplication width and the dis-tribution of its electric field.Regarding the issue of accurately predicting the depth of diffusion in InGaAs/InP SPAD,simulation analysis and device development were carried out,focusing on the dual diffusion behavior of zinc atoms.A formula of X_(j)=k√t-t_(0)+c to quantitatively predict the diffusion depth is obtained by fitting the simulated twice-diffusion depths based on a two-dimensional(2D)model.The 2D impurity morphologies and the one-dimensional impurity profiles for the dual-diffused region are characterized by using scanning electron micros-copy and secondary ion mass spectrometry as a function of the diffusion depth,respectively.InGaAs/InP SPAD devices with different dual-diffusion conditions are also fabricated,which show breakdown behaviors well consis-tent with the simulated results under the same junction geometries.The dark count rate(DCR)of the device de-creased as the multiplication width increased,as indicated by the results.DCRs of 2×10^(6),1×10^(5),4×10^(4),and 2×10^(4) were achieved at temperatures of 300 K,273 K,263 K,and 253 K,respectively,with a bias voltage of 3 V,when the multiplication width was 1.5µm.These results demonstrate an effective prediction route for accu-rately controlling the dual-diffused zinc junction geometry in InP-based planar device processing. 展开更多
关键词 InGaAs/InP single-photon avalanche photodiode diffusion depth Znic diffusion dark count rate
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近红外1550nm单光子探测器硬件电路设计 被引量:7
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作者 高家利 汪科 盘红霞 《激光与红外》 CAS CSCD 北大核心 2015年第6期674-677,共4页
针对现有单光子探测器模块价格昂贵和体积大的不足,设计了基于In Ga As/In P雪崩光电二极管(APD)的便携式单光子探测器,给出了探测器温控模块和偏置电压源的设计电路,门控信号的产生和雪崩信号的提取由FPGA完成。实验结果表明:在200 MH... 针对现有单光子探测器模块价格昂贵和体积大的不足,设计了基于In Ga As/In P雪崩光电二极管(APD)的便携式单光子探测器,给出了探测器温控模块和偏置电压源的设计电路,门控信号的产生和雪崩信号的提取由FPGA完成。实验结果表明:在200 MHz门控条件且制冷温度为-55℃时,探测器的最大光子探测效率(PDE)约为16%,当探测效率为12%时,暗计数率(DCR)约为8.2×10-6/ns。 展开更多
关键词 单光子探测器 雪崩光电二极管 光子探测效 暗计数率
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PMT电源纹波滤除电路设计 被引量:1
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作者 尹士玉 陈鹏宇 +7 位作者 钱森 宁哲 王志刚 朱瑶 高峰 马丽双 王阳 李润泽 《核电子学与探测技术》 CAS 北大核心 2021年第1期151-156,共6页
针对基于光电倍增管的计数型探测器易受高压电源纹波干扰的问题,探讨了一种抑制纹波的方法。该方法主要是在电源端增设电阻—电容滤波电路,对高压电源纹波进行事先滤波处理。通过光电倍增管的单光电子谱测试、计数率测试及渡越时间分布... 针对基于光电倍增管的计数型探测器易受高压电源纹波干扰的问题,探讨了一种抑制纹波的方法。该方法主要是在电源端增设电阻—电容滤波电路,对高压电源纹波进行事先滤波处理。通过光电倍增管的单光电子谱测试、计数率测试及渡越时间分布验证滤波效果,结果表明:利用该方法,电源的纹波得到有效抑制,减少了电源对光电倍增管单光电子测试信号的干扰,且输出电压稳定,提高了光电倍增管工作的稳定性。 展开更多
关键词 光电倍增管 纹波 单光电子谱 暗计数率
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用于1550nm光子检测的InGaAs/InP单光子雪崩二极管的温度相关性 被引量:2
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作者 王帅 韩勤 +4 位作者 叶焓 耿立妍 陆子晴 肖峰 肖帆 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2021年第11期70-76,共7页
在越来越多的光子计数应用中,用于近红外光波长领域的单光子探测器受到广泛关注。例如在量子信息处理、量子通信、3D激光测距(LiDAR)、时间分辨光谱等光子计数应用领域。文中设计并展示了用于探测1 550 nm波长光子的InGaAs/InP单光子雪... 在越来越多的光子计数应用中,用于近红外光波长领域的单光子探测器受到广泛关注。例如在量子信息处理、量子通信、3D激光测距(LiDAR)、时间分辨光谱等光子计数应用领域。文中设计并展示了用于探测1 550 nm波长光子的InGaAs/InP单光子雪崩二极管(SPAD)。这种SPAD采用分离吸收、过渡、电荷和倍增区域结构(SAGCM),在盖革模下工作时具有单光子灵敏度。SPAD的特性包括随温度范围223~293 K变化的击穿电压、暗计数率、单光子检测效率和后脉冲概率。25μm直径的SPAD显示出一定的温度相关性,击穿电压随温度的变化率约为100 mV/K。当SPAD在盖革模式下温度为223 K工作时,在暗计数率为4.1 kHz,后脉冲概率为3.29%的基础上,对1 550 nm光子实现了21%的单光子探测效率。文中还分析和讨论了SPAD温度相关性的单光子探测效率、暗计数率和后脉冲概率的来源和物理机制。这些机制分析、讨论和计算可以为SPAD的设计和制备提供更多的理论支持和依据。 展开更多
关键词 单光子探测器 温度相关性 光子探测效 暗计数率 后脉冲概
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基于InGaAs/InP APD的单光子探测器设计与实现 被引量:2
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作者 高家利 汪科 曹秋玲 《光电子技术》 CAS 2015年第2期131-134,共4页
针对现有单光子探测器模块价格昂贵和电路复杂的不足,设计了基于InGaAs/InP雪崩光电二极管(APD)的便携式单光子探测器,给出了APD门控驱动信号和雪崩信号鉴别电路的设计方案,门控信号的产生和雪崩信号的提取由FPGA完成。实验结果表明:在2... 针对现有单光子探测器模块价格昂贵和电路复杂的不足,设计了基于InGaAs/InP雪崩光电二极管(APD)的便携式单光子探测器,给出了APD门控驱动信号和雪崩信号鉴别电路的设计方案,门控信号的产生和雪崩信号的提取由FPGA完成。实验结果表明:在200 MHz门控条件且制冷温度为-55℃时,探测器的最大光子探测效率(PDE)约为20%,当探测效率为16%时,暗计数率(DCR)约为7.2×10-6/ns。 展开更多
关键词 单光子探测器 雪崩光电二极管 FPGA 光子探测效 暗计数率
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高边缘击穿和扩展光谱的圆形单光子雪崩二极管(英文) 被引量:2
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作者 金湘亮 曾朵朵 +4 位作者 彭亚男 杨红姣 蒲华燕 彭艳 罗均 《红外与毫米波学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2019年第4期403-407,共5页
介绍了一种0. 18μm互补金属氧化物半导体(CMOS)技术的新型宽光谱荧光相关谱探测器,其为高边缘击穿、扩展光谱和低暗计数率的圆形单光子雪崩二极管(SPAD).该器件由p+/deep n-well结,p-well保护环和多晶硅保护环组成.通过Silvaco TCAD 3... 介绍了一种0. 18μm互补金属氧化物半导体(CMOS)技术的新型宽光谱荧光相关谱探测器,其为高边缘击穿、扩展光谱和低暗计数率的圆形单光子雪崩二极管(SPAD).该器件由p+/deep n-well结,p-well保护环和多晶硅保护环组成.通过Silvaco TCAD 3D器件仿真,直径为10μm的圆形p+/deep n-well SPAD器件具有较高边缘击穿特性.此外,p+/deep n-well结SPAD比p+/n-well结SPAD具有更长的波长响应和扩展光谱响应范围.该器件在0. 5 V过量偏压下,可在490~775 nm波长范围内实现超过40%的光子探测率.该圆形p+/deep n-well SPAD器件在25℃时具有较好雪崩击穿为15. 14 V,具有较低暗计数率为638 Hz. 展开更多
关键词 单光子雪崩二极管(SPAD) 边缘击穿 暗计数率 光谱扩展
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外延电阻淬灭型硅光电倍增器的最新研究进展 被引量:1
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作者 张琳 谢港 +4 位作者 刘宇霄 张慧霞 梁琨 杨茹 韩德俊 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2022年第7期339-345,共7页
北京师范大学新器件实验室(NDL)一直致力于研制结构紧凑、工艺相对简单的外延电阻淬灭型硅光电倍增器(silicon photomultiplier with epitaxial quenching resistor,EQR SiPM)。近期为了满足硅光电倍增器(silicon photomultiplier,SiPM... 北京师范大学新器件实验室(NDL)一直致力于研制结构紧凑、工艺相对简单的外延电阻淬灭型硅光电倍增器(silicon photomultiplier with epitaxial quenching resistor,EQR SiPM)。近期为了满足硅光电倍增器(silicon photomultiplier,SiPM)在核医学成像方面的需要,NDL通过优化器件设计和制作工艺,成功研制出微单元尺寸为15μm、有效面积为9 mm~2的EQR SiPM。相较以往同类型器件,实现了器件暗计数率(dark count rate,DCR)的进一步降低同时保持了较高的光子探测效率(photon detection efficiency,PDE),在环境温度为20℃、过偏压为7 V时,DCR的典型值为226 kHz/mm~2、峰值PDE为46%。另外,为了进一步提升EQR SiPM的动态范围,NDL还研制出微单元尺寸为6μm、有效面积为9 mm~2、微单元数目为244720的EQR SiPM,在环境温度为20℃、过偏压为7 V时,DCR的典型值为240 kHz/mm~2、峰值PDE为28%,其较大的动态范围特别适合高能宇宙射线的测量、强子量能器等应用。 展开更多
关键词 硅光电倍增器 外延淬灭电阻 光子探测效 暗计数率 动态范围
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p-well/DNW单光子雪崩二极管保护环的最小化设计(英文) 被引量:3
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作者 杨红姣 金湘亮 《红外与毫米波学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2018年第5期527-532,共6页
为了进一步缩小SPAD探测器的尺寸,基于0. 18μm CMOS图像传感器(CIS)工艺对p-well/DNW(deep n-well) SPAD的保护环尺寸进行设计,并制造了不同保护环尺寸的SPAD器件.测试结果表明,保护环尺寸减小到0. 4μm仍然能有效防止器件发生过早边... 为了进一步缩小SPAD探测器的尺寸,基于0. 18μm CMOS图像传感器(CIS)工艺对p-well/DNW(deep n-well) SPAD的保护环尺寸进行设计,并制造了不同保护环尺寸的SPAD器件.测试结果表明,保护环尺寸减小到0. 4μm仍然能有效防止器件发生过早边缘击穿(PEB),且保护环尺寸对p-well/DNW SPAD器件的暗计数率(DCR)和光子探测概率(PDP)影响较小.直径为20μm的SPAD器件,温度为25℃时暗计数率为638 Hz,且波长为530 nm时峰值光子探测概率为16%,具有低的暗计数率特性和宽的光谱响应特性. 展开更多
关键词 单光子雪崩二极管(SPAD) 保护环 边缘击穿(PEB) 暗计数率(DCR) 光子探测概(PDP)
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一种宽光谱响应的双结单光子雪崩二极管
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作者 刘丹璐 董杰 +1 位作者 许唐 徐跃 《固体电子学研究与进展》 CAS 北大核心 2023年第5期424-429,共6页
基于180 nm BCD工艺提出了一种新型双结雪崩区的单光子雪崩二极管(SPAD)探测器,采用N阱/高压P阱/N^(+)埋层结构形成了两个垂直堆叠的PN结,高压P阱和N^(+)埋层交界面形成较深的主雪崩区,增强对近红外短波光子的探测概率;同时,N阱/高压P... 基于180 nm BCD工艺提出了一种新型双结雪崩区的单光子雪崩二极管(SPAD)探测器,采用N阱/高压P阱/N^(+)埋层结构形成了两个垂直堆叠的PN结,高压P阱和N^(+)埋层交界面形成较深的主雪崩区,增强对近红外短波光子的探测概率;同时,N阱/高压P阱之间形成浅的次雪崩区,实现对蓝绿光的高效探测,两结同时工作能够有效扩展器件的光谱响应范围。TCAD仿真结果表明,与传统的P阱/深N阱结构相比,双结SPAD器件在300~940 nm的宽光谱范围内有更高的光子探测概率,在800 nm近红外短波段探测概率达到了20.6%。在3 V过偏压下,暗计数率为0.8 kHz,后脉冲概率为3.2%。 展开更多
关键词 单光子雪崩二极管(SPAD) 双结雪崩区 光子探测概(PDP) 暗计数率(DCR) 后脉冲概(AP)
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