锗-硅单光子雪崩二极管的室温工作

作者

尼尔·纳,卢彦成,刘宇轩,陈宝伟,赖莹琛,林友茹,林忠志,蒂姆·希亚,郑志豪 & 陈淑璐

摘要

检测单光子的能力导致了众多研究领域的进步.虽然已经开发了各种类型的单光子探测器，因为有两个主要因素，即需要在低温下运行与互补金属氧化物半导体制造工艺的不相容性到目前为止，据我们所知，只有硅基单光子雪崩二极管已获得主流成功，并已应用于消费电子产品。随着将工作波长从近红外转移到短波长红外以提高安全性和性能的需求不断增长，因此需要替代解决方案，因为 Si 对超过 1 μm 的波长的光吸收可以忽略不计。在这里，我们报告了一种在室温下工作的CMOS兼容高性能锗硅SPAD，与以前的基于Ge的SPAD相比，具有噪声等效功耗的改进2-3.5 个数量级。暗计数率、1310 nm处的单光子探测概率、定时抖动、脉冲后特征时间和后脉冲概率等关键参数分别以19 kHz μm−2测量、12%、188 ps、~90 ns 和 <1%，具有 10.26 V 的低击穿电压和 0.75 V 的小过量偏置。这项工作为在日常生活中使用单光子敏感SWIR传感器、成像仪和光子集成电路铺平了道路。