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用于SPAD阵列的高速主被动混和淬灭电路
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作者 郑丽霞 尤旺巧 +3 位作者 胡康 吴金 孙伟锋 周幸叶 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2024年第7期78-85,共8页
单光子雪崩二极管(Single Photon Avalanche Diode,SPAD)具有响应速度快、抗干扰能力强等优点,具备优异的单光子检测能力,因而在激光雷达、量子通信应用、荧光光谱分析等弱光探测领域得到了广泛应用。在单光子探测成像领域中,为了获得... 单光子雪崩二极管(Single Photon Avalanche Diode,SPAD)具有响应速度快、抗干扰能力强等优点,具备优异的单光子检测能力,因而在激光雷达、量子通信应用、荧光光谱分析等弱光探测领域得到了广泛应用。在单光子探测成像领域中,为了获得更高的分辨率和更快的扫描探测速度,探测器正朝着大规模阵列化和高度集成化的方向发展,阵列应用要求淬灭电路较小的电路面积。基于盖革模式下SPAD的探测成像应用,建立了雪崩信号检测与淬灭的信号模型,并通过数学分析得到了混和淬灭电路中的最优检测电阻取值,在理论分析基础上对混合淬灭电路的结构和参数进行了设计与优化。根据建模分析结果,设计了一种主被动混合的高速淬灭电路结构,以较小的电路面积实现了雪崩信号快速检测与淬灭。基于TSMC 0.35μm CMOS工艺完成了电路版图的设计与流片。芯片测试结果表明,电路的淬灭时间约为2.9 ns,复位时间为1.75 ns。结合版图面积的占用情况,所设计的电路具有较高的“性价比”,可以满足SPAD阵列型读出电路的需求,具有快速雪崩淬灭和复位的特点。 展开更多
关键词 单光子雪崩二极管 主被动混合淬灭 最优检测电阻 阵列应用
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面向高光子通量环境的目标深度估计方法
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作者 杨佳熙 于乐天 +7 位作者 包骐瑞 毕胜 麻晓斗 杨晟琦 姜雨彤 方建儒 魏小鹏 杨鑫 《图学学报》 北大核心 2025年第4期756-762,共7页
单光子雪崩二极管(SPAD)的高时间分辨率特性及高精度特性为其开辟了广泛的应用空间,尤其是在对算法性能要求日益增长的计算机视觉、计算成像等领域。SPAD能对各种常见目标进行精确度较高的深度估计,但SPAD每次探测到光子后会进入一段无... 单光子雪崩二极管(SPAD)的高时间分辨率特性及高精度特性为其开辟了广泛的应用空间,尤其是在对算法性能要求日益增长的计算机视觉、计算成像等领域。SPAD能对各种常见目标进行精确度较高的深度估计,但SPAD每次探测到光子后会进入一段无法探测的猝灭期。这导致在环境中光子数量较多时,同一脉冲周期内更早到达SPAD的光子有更大概率被采集,使得最终形成的光子数量统计曲线明显向时间轴短的方向偏移,且偏移程度随着光子通量(即单位时间内探测光子数量)的增加而扩大。该现象被称为堆积效应(Pileup effect),其降低了深度估计算法的准确性。对于这一问题,搭建了用于采集SPAD光子数据的单光子探测系统,并在几种不同光子通量下采集了一个针对SPAD深度估计任务中堆积效应进行研究的目标深度数据集。在此基础上,设计了一个将光子通量作为全局特征进行学习的深度估计网络,其融合了SPAD探测结果中的局部空间特征和全局光子通量特征,在几种存在堆积效应的光子通量下均取得了较高的深度估计性能。 展开更多
关键词 单光子雪崩二极管 光子通量 堆积效应 深度估计 自注意力机制
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非视域主被动成像研究现状与发展前景
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作者 陈玉柔 朱尤攀 +1 位作者 余佳桐 孙爱平 《红外技术》 北大核心 2025年第4期501-509,共9页
非视域成像是近年来一种能够拓展人们视野范围的新颖成像技术,其运行基础是飞行时间探测技术,它可以通过探测视域之外的物体反射回来的光子,再利用重建算法复现隐藏目标的图像。该技术在灾害救援、医学诊断、反恐作战以及无人驾驶等领... 非视域成像是近年来一种能够拓展人们视野范围的新颖成像技术,其运行基础是飞行时间探测技术,它可以通过探测视域之外的物体反射回来的光子,再利用重建算法复现隐藏目标的图像。该技术在灾害救援、医学诊断、反恐作战以及无人驾驶等领域有着难以估量的应用前景。本文将对近年来主动与被动非视域成像系统的研究现状进行简要的总结,分析了各自成像系统的特点和发展趋势。本文也对部分非视域成像技术在实际应用场景中所需解决的部分关键问题进行了讨论,并对非视域成像技术的发展前景进行了展望。 展开更多
关键词 散射成像 单光子雪崩二极管 非视域成像
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用于光子计数的InGaAs/InP SPAD设计 被引量:6
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作者 纪应军 石柱 +3 位作者 覃文治 代千 冯万鹏 胡俊杰 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2015年第3期934-940,共7页
重点研究了InGaAs/InP SPAD的隧道贯穿电场、雪崩击穿电场、雪崩宽度与过偏电压的关系,提出了过偏电压的计算方法。分析了InGaAs/InP SPAD的基本特性即探测效率、暗计数率与其过偏电压、工作温度、量子效率、电场分布的依赖关系,提出了... 重点研究了InGaAs/InP SPAD的隧道贯穿电场、雪崩击穿电场、雪崩宽度与过偏电压的关系,提出了过偏电压的计算方法。分析了InGaAs/InP SPAD的基本特性即探测效率、暗计数率与其过偏电压、工作温度、量子效率、电场分布的依赖关系,提出了一种单光子InGaAs雪崩二极管的设计方法。设计制作了InGaAs/InP SPAD,并在门控淬灭模式下进行了单光子探测实验。结果表明:对于准200μm的SPAD,在过偏2 V、温度-40℃条件下,探测效率(PDE)>20%(1 550 nm)、暗计数率(DCR)准20 k Hz;对于准50μm的SPAD,在过偏2.5 V、温度-40℃条件下,探测效率(PDE)>23%(1 550 nm)、暗计数率(DCR)2 k Hz。最后对实验结果进行了分析和讨论。 展开更多
关键词 InGaAs/InP单光子雪崩二极管 雪崩宽度 工作温度 电场分布
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基于G-SPAD的卫星激光测距回波特性 被引量:4
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作者 刘源 安宁 +3 位作者 范存波 温冠宇 张海涛 马磊 《光子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第8期193-200,共8页
从盖革模式单光子雪崩光电二极管的光电特性出发,分析了卫星激光测距的测距精度与激光脉冲宽度及回波强度的关系,并利用长春站卫星激光测距系统对地球动力学卫星进行观测.结果表明,当回波光子数为1 000左右时,系统测距精度为10.2mm左右... 从盖革模式单光子雪崩光电二极管的光电特性出发,分析了卫星激光测距的测距精度与激光脉冲宽度及回波强度的关系,并利用长春站卫星激光测距系统对地球动力学卫星进行观测.结果表明,当回波光子数为1 000左右时,系统测距精度为10.2mm左右,当回波光子数为8 000时,测距精度减小为9.4mm左右,表明回波强度较大时,可提高卫星激光测距系统的测距精度;当激光器脉宽为200ps时,系统测距精度为17.3mm,当脉宽为50ps时,系统的测距精度为10.0mm,表明卫星激光测距系统的测距精度随着脉宽变窄得到了有效提高.为进一步验证理论结果,对Ajisai卫星进行实测,分析了高重复频率激光测距系统对系统测距精度的影响,结果表明采用窄脉宽高重复频率的激光测距系统,激光测距有效回波数和标准点密度呈数量级增加,测距精度也有一定的提高.因此,为了改善卫星激光测距系统回波特性,应选用脉宽窄、重复频率高、能量大的激光器作为基于盖革模式单光子雪崩光电二极管的卫星激光测距系统的激光光源. 展开更多
关键词 盖革模式单光子雪崩光电二极管 探测器 卫星激光测距 回波特性 测距精度
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单光子探测器SPAD恒温控制系统设计 被引量:2
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作者 亓少帅 张天舒 +2 位作者 付毅宾 王欢雪 吕立慧 《量子电子学报》 CAS CSCD 北大核心 2016年第1期81-87,共7页
分析了单光子雪崩光电二极管(SPAD)探测器雪崩电压的温度特性,得出SPAD的雪崩电压随温度变化约为0.7 V/℃,需要设计恒温控制电路保证SPAD的正常工作。从最优温度控制策略的角度,选用MAX1978温度控制芯片进行电路设计实现SPAD的温度恒定... 分析了单光子雪崩光电二极管(SPAD)探测器雪崩电压的温度特性,得出SPAD的雪崩电压随温度变化约为0.7 V/℃,需要设计恒温控制电路保证SPAD的正常工作。从最优温度控制策略的角度,选用MAX1978温度控制芯片进行电路设计实现SPAD的温度恒定。简要介绍了恒温控制系统的工作原理及各个组成部分。通过恒温控制电路实验验证了电路的可行性,恒温控制电路可以在1 min内使SPAD的工作环境温度恒定在0.06℃内,温度控制速度和精度均能满足SPAD温度恒定的要求,确保单光子探测器SPAD正常工作,使单光子探测器SPAD具有更好的探测性能。 展开更多
关键词 光电子学 单光子雪崩二极管 恒温控制系统 温度控制芯片
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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 被引量:1
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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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γ辐照对InGaAsP/InP单光子雪崩探测器性能的影响 被引量:2
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作者 孙京华 王文娟 +3 位作者 诸毅诚 郭子路 祁雨菲 徐卫明 《红外与毫米波学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2024年第1期44-51,共8页
对InGaAsP/InP单光子雪崩探测器(SPADs)进行了总剂量为10 krad(Si)和20 krad(Si)的γ辐照,并进行了原位和移位测试。辐照后,暗电流和暗计数率有轻微的下降,而探测效率和后脉冲概率基本不变。经过一定时间的室温退火后,这些退化基本恢复... 对InGaAsP/InP单光子雪崩探测器(SPADs)进行了总剂量为10 krad(Si)和20 krad(Si)的γ辐照,并进行了原位和移位测试。辐照后,暗电流和暗计数率有轻微的下降,而探测效率和后脉冲概率基本不变。经过一定时间的室温退火后,这些退化基本恢复,这表明瞬态电离损伤在γ辐照对InGaAsP/InP单光子雪崩探测器的损伤中占主导地位。 展开更多
关键词 Γ辐照 INGAASP/INP 单光子雪崩探测器 单光子性能
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单光子激光雷达技术发展现状与趋势 被引量:11
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作者 赵浴阳 周鹏飞 +4 位作者 解天鹏 姜成昊 蒋衍 赵政伟 朱精果 《光电工程》 CAS CSCD 北大核心 2024年第3期6-27,共22页
随着单光子探测器件及技术的快速发展,具有光子级高灵敏度探测能力的单光子激光雷达已成为研究热点,并在遥感测绘、智能驾驶和消费电子等领域发挥日益重要的作用。本文聚焦于采用单光子雪崩光电二极管探测器的激光雷达技术与系统,介绍... 随着单光子探测器件及技术的快速发展,具有光子级高灵敏度探测能力的单光子激光雷达已成为研究热点,并在遥感测绘、智能驾驶和消费电子等领域发挥日益重要的作用。本文聚焦于采用单光子雪崩光电二极管探测器的激光雷达技术与系统,介绍了脉冲累积、编码调制和啁啾调制三种单光子激光雷达探测原理。考虑到单光子探测器与处理算法的重要性,概述了单光子探测器的发展现状,以及典型的信号处理算法,并梳理了单光子激光雷达在远距离探测、复杂场景探感、星载/机载测绘遥感、智能驾驶导航避障和消费电子3D感知等领域的应用情况和典型系统实例。最后,分析展望了单光子激光雷达技术在器件、算法、系统和应用领域的未来发展趋势及面临的潜在挑战。 展开更多
关键词 激光雷达 信号处理 光子计数 单光子雪崩光电二极管
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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 光子探测效率 后脉冲概率
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高光电探测效率CMOS单光子雪崩二极管器件 被引量:6
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作者 王巍 陈婷 +5 位作者 李俊峰 何雍春 王冠宇 唐政维 袁军 王广 《光子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第8期1-7,共7页
基于0.18μm CMOS工艺技术,制作了单光子雪崩二极管,可对650~950nm波段的微弱光进行有效探测.该器件采用P^+/N阱结构,P^+层深度较深,以提高对长光波的光子探测效率与响应度;采用低掺杂深N阱增大耗尽层厚度,可以提高探测灵敏度;深N阱与... 基于0.18μm CMOS工艺技术,制作了单光子雪崩二极管,可对650~950nm波段的微弱光进行有效探测.该器件采用P^+/N阱结构,P^+层深度较深,以提高对长光波的光子探测效率与响应度;采用低掺杂深N阱增大耗尽层厚度,可以提高探测灵敏度;深N阱与衬底形成的PN结可有效隔离衬底,降低衬底噪声;采用P阱保护环结构以预防过早边缘击穿现象.通过理论分析确定器件的基本结构参数及工艺参数,并对器件性能进行优化设计.实验结果表明,单光子雪崩二极管的窗口直径为10μm,器件的反向击穿电压为18.4V左右.用光强为0.001 W/cm^2的光照射,650nm处达到0.495A/W的响应度峰值;在2V的过偏压下,650~950nm波段范围内光子探测效率均高于30%,随着反向偏压的适当增大,探测效率有所提升. 展开更多
关键词 单光子雪崩二极管 标准0.18μm CMOS工艺 深N阱 保护环 击穿特性 响应度 光子探测效率
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高探测效率CMOS单光子雪崩二极管器件 被引量:6
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作者 王巍 鲍孝圆 +3 位作者 陈丽 徐媛媛 陈婷 王冠宇 《光子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第8期150-155,共6页
基于标准0.35μm CMOS工艺设计了一种单光子雪崩二极管器件.采用p+n阱型二极管结构,同时引进保护环与深n阱结构以提高单光子雪崩二极管性能;研究了扩散n阱保护环宽度对雪崩击穿特性的影响;对器件的电场分布、击穿特性、光子探测效率、... 基于标准0.35μm CMOS工艺设计了一种单光子雪崩二极管器件.采用p+n阱型二极管结构,同时引进保护环与深n阱结构以提高单光子雪崩二极管性能;研究了扩散n阱保护环宽度对雪崩击穿特性的影响;对器件的电场分布、击穿特性、光子探测效率、频率响应等特性进行了分析.仿真结果表明:所设计的单光子雪崩二极管器件结构直径为10μm,扩散n阱保护环宽度为1μm时,雪崩击穿电压为13.2 V,3 dB带宽可达1.6 GHz;过偏压为1 V、2 V时最大探测效率分别高达52%和55%;在波长500~800 nm之间器件响应度较好,波长为680 nm时单位响应度峰值高达0.45 A/W. 展开更多
关键词 单光子雪崩二极管 标准0.35μm CMOS工艺 保护环 深n阱 响应度 3DB带宽 光子探测效率
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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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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 光子探测效率 暗计数率
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即时全球打击(PGS)武器早期预警对光电探测器的需求分析 被引量:3
15
作者 王忆锋 余连杰 马钰 《激光与红外》 CAS CSCD 北大核心 2011年第3期288-292,共5页
介绍了在近地空间环境的理想条件下,即时全球打击(prompt global strike,PGS)武器地球曲率限的最大可探测距离的计算方法。根据黑体辐射理论,估算了PGS在短波红外和日盲紫外波段的辐射量值。当PGS飞行速度高于5马赫数时,其辐射峰值波长... 介绍了在近地空间环境的理想条件下,即时全球打击(prompt global strike,PGS)武器地球曲率限的最大可探测距离的计算方法。根据黑体辐射理论,估算了PGS在短波红外和日盲紫外波段的辐射量值。当PGS飞行速度高于5马赫数时,其辐射峰值波长位于短波红外波段,最适合使用短波红外探测器。虽然与短波红外能量相比,PGS的紫外辐射能量要小得非常多,但其紫外辐射光子个数仍然是一个巨量的值。具有单光子计数能力的短波红外和日盲紫外雪崩光电二极管或有实现PGS早期预警及最大可探测距离的潜力。 展开更多
关键词 即时全球打击武器 高超音速飞行器 早期预警 短波红外探测器 日盲紫外探测器 单光子雪崩光电二极管
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一种基于Si-APD的X射线单光子探测电路设计 被引量:2
16
作者 董龙 傅丹膺 龚志鹏 《航天返回与遥感》 北大核心 2016年第1期55-62,共8页
X射线单光子探测电路是将入射X射线单光子转换成电信号,进而测量入射光子到达时间和能谱特性的电路,是X射线脉冲星导航的关键技术之一。文章通过分析X射线脉冲星的辐射特性提出了一种基于硅-雪崩光电二极管(Si-APD)的探测电路,Si-APD探... X射线单光子探测电路是将入射X射线单光子转换成电信号,进而测量入射光子到达时间和能谱特性的电路,是X射线脉冲星导航的关键技术之一。文章通过分析X射线脉冲星的辐射特性提出了一种基于硅-雪崩光电二极管(Si-APD)的探测电路,Si-APD探测器通过外置偏置高压对入射X射线单光子电离出来的电子进行雪崩放大,偏置电压随着温度的变化自动调节,保证Si-APD增益的稳定性。雪崩抑制电路的作用是对探测器进行复位以探测下一个X射线单光子,文章给出了雪崩抑制电路的工作原理和设计方法,并进一步讨论了在单光子探测应用条件下的前置放大电路和主放大电路设计,合理设计电荷灵敏前置放大器是实现电流电压转换、高增益、低噪声和高时间精度的关键技术,整形带通主放大器作为Si-APD的放大电路,设计合适的带宽和增益可以提高系统信噪比、稳定性、时间分辨率和能谱测量精度。该电路相比于正比计数器、硅漂移探测电路等,具有体积质量较小、可靠性高、造价低廉等优点,可实现高速、高信噪比的X射线单光子探测电路设计。 展开更多
关键词 雪崩光电二极管 X射线 单光子探测 电路设计 脉冲星导航
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单光子雪崩二极管行为性仿真建模 被引量:1
17
作者 徐跃 谢小朋 岳恒 《系统仿真学报》 CAS CSCD 北大核心 2015年第6期1199-1203,1208,共6页
提出了一种精确的单光子雪崩二极管(SPAD)行为性仿真模型。解决了SPAD模型仿真雪崩电流时难收敛的问题,建立了SPAD器件直流和交流特性基本功能的仿真模型。进行了模型功能的拓展,根据后脉冲与暗计数的产生机理,实现了对这两种最重要的... 提出了一种精确的单光子雪崩二极管(SPAD)行为性仿真模型。解决了SPAD模型仿真雪崩电流时难收敛的问题,建立了SPAD器件直流和交流特性基本功能的仿真模型。进行了模型功能的拓展,根据后脉冲与暗计数的产生机理,实现了对这两种最重要的统计效应的模拟。模型使用模拟硬件描述语言Verilog-A实现,具有很强的移植性和通用性。模型的基本功能仿真结果与实测结果达到90%以上的一致性,验证了该模型具有较高的仿真精度和很好的仿真收敛性,而暗计数和后脉冲的仿真功能增加进一步提高了模型的实用性。 展开更多
关键词 单光子雪崩二极管 电路仿真 行为性建模 统计效应
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基于单光子雪崩二极管阵列的成像技术研究进展(特邀) 被引量:2
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作者 孙鸣捷 王知冠 《光子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第8期182-198,共17页
单光子雪崩二极管以其极高的光子灵敏度以及超快的响应时间在各领域被广泛应用。随着半导体技术的发展,集成多个像素以及时间测量电路的单光子雪崩二极管阵列逐渐普及。成像是一种以光子作为媒介获取目标物体信息的手段,基于单光子雪崩... 单光子雪崩二极管以其极高的光子灵敏度以及超快的响应时间在各领域被广泛应用。随着半导体技术的发展,集成多个像素以及时间测量电路的单光子雪崩二极管阵列逐渐普及。成像是一种以光子作为媒介获取目标物体信息的手段,基于单光子雪崩二极管的成像系统可以利用更丰富的光子计数以及光子时间信息实现极端环境下的目标探测。单光子雪崩二极管阵列具备并行采集光子信息的能力,进一步提高了光子信息的探测效率,能够替代传统单光子成像中单点探测器加扫描结构的探测体系,推动生物显微成像、散射成像以及非视域成像等技术的进步。本文梳理了单光子雪崩二极管阵列的发展历程以及技术趋势,按照是否需要光子时间信息分类介绍了单光子雪崩二极管阵列在成像方面的典型应用,结合应用分析了单光子雪崩二极管阵列相比于其他探测器的优势,对单光子雪崩二极管阵列的应用前景进行了展望。 展开更多
关键词 单光子雪崩二极管阵列 成像系统 时间相关光子计数技术 生物光子学 散射成像 非视域成像
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一种新型低暗计数率单光子雪崩二极管的设计与分析(英文) 被引量:4
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作者 杨佳 金湘亮 +2 位作者 杨红姣 汤丽珍 刘维辉 《红外与毫米波学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2016年第4期394-397,共4页
基于0.18μm互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器工艺提出一种新型的低暗计数率(Dark Count Rate)单光子雪崩二极管(SPAD)器件.该器件是利用P+/LNW(Light N-well doping)结检测光子,并通过低浓度的N型扩散圆形保护环抑制边缘击穿,确... 基于0.18μm互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器工艺提出一种新型的低暗计数率(Dark Count Rate)单光子雪崩二极管(SPAD)器件.该器件是利用P+/LNW(Light N-well doping)结检测光子,并通过低浓度的N型扩散圆形保护环抑制边缘击穿,确保其工作在盖格模式.测试结果表明在室温环境下,直径为8μm的SPAD器件,雪崩击穿电压为14.2 V,当过调电压设置为2 V时,暗计数率为260 Hz,具有低的暗计数率特性. 展开更多
关键词 单光子雪崩二极管(spad) 边缘击穿(PEB) 互补金属氧化物半导体(CMOS)
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InGaAs/InP单光子雪崩光电二极管InP顶层掺杂研究 被引量:4
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作者 李彬 陈伟 +5 位作者 黄晓峰 迟殿鑫 姚科明 王玺 柴松刚 高新江 《红外与毫米波学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2017年第4期420-424,共5页
通过理论计算和对比实验研究了InGaAs/InP单光子雪崩光电二极管中InP顶层掺杂浓度对于器件性能的影响.理论结果显示,InP顶层的掺杂浓度越低越有利于抑制边缘击穿,降低隧穿暗载流子产生速率,提高雪崩击穿几率.实验结果显示,顶层非故意掺... 通过理论计算和对比实验研究了InGaAs/InP单光子雪崩光电二极管中InP顶层掺杂浓度对于器件性能的影响.理论结果显示,InP顶层的掺杂浓度越低越有利于抑制边缘击穿,降低隧穿暗载流子产生速率,提高雪崩击穿几率.实验结果显示,顶层非故意掺杂的器件在223K下获得了20%的单光子探测效率和1kHz的暗计数率,其单光子探测效率比顶层掺杂浓度为5×10^(15)/cm^3的器件高3%~8%,而暗计数率低一个量级.结果表明,降低InP顶层的掺杂浓度有利于提高器件性能. 展开更多
关键词 INGAAS/INP 单光子雪崩光电二极管 顶层 掺杂浓度
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