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InGaAs单光子探测器传感检测与淬灭方式

郑丽霞 吴金 张秀川 涂君虹 孙伟锋 高新江

InGaAs单光子探测器传感检测与淬灭方式

郑丽霞, 吴金, 张秀川, 涂君虹, 孙伟锋, 高新江
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  • 针对InGaAs单光子雪崩光电二极管(SPAD)的光电感应特性,研究了基于门控主动式淬灭的SPAD动态偏置控制和电路实现的策略. 采用门控主动淬灭控制可降低淬灭时间,有效抑制暗计数和后脉冲效应. 接口感应检测电路采用标准互补金属氧化物半导体(CMOS)工艺进行制造,而SPAD则采用非标准CMOS工艺. 利用铟柱互连混合封装工艺实现SPAD与感应接口电路的协同工作. 在低温-30 ℃的条件下,实现了SPAD光触发雪崩电流信号的提取和快速淬灭. 研究了感应电阻和临界检测电压对传感检测电性能的影响,并采用简单电路结构实现状态检测,实测得到的SPAD恢复时间、传输延时分别为575,563 ps,淬灭时间为1.88 ns,满足纳秒级精度传感检测应用的需要.
    • 基金项目: 江苏省自然科学基金(批准号:BK2012559)资助的课题.
    [1]

    Itzler M A, Entwistle M, Owens M, Patel K, Jiang X D, Slomkowski K, Rangwala S 2010 Proc. SPIE 7808 78080C1

    [2]

    Aull B F, Loomis A H, Young D J 2002 Lincoln Lab. J. 13 355

    [3]

    Tisa S, Zappa F, Tosi A, Cova S 2007 Sensors Actuat. A: Phys. 140 113

    [4]

    Gallivanoni A, Rech I, Ghioni M 2010 IEEE Trans. Nucl. Sci. 57 3815

    [5]

    Niclass C, Favi C, Kluter T, Gersbach M, Charbon E 2008 IEEE J. Solid State Circuits 43 2977

    [6]

    Liu Y, Wu Q L, Han Z F, Dai Y M, Guo G C 2010 Chin. Phys. B 19 080308

    [7]

    Cheng N, Huang G F, Wang J D, Wei Z J, Guo J P, Liao C J, Liu S H 2010 Acta Phys. Sin. 59 5338 (in Chinese) [程楠, 黄刚锋, 王金东, 魏正军, 郭健平, 廖常俊, 刘颂豪 2010 物理学报 59 5338]

    [8]

    Wei Z J, Li K Z, Zhou P, Wang J D, Liao C J, Guo J P, Liang R S, Liu S H 2008 Chin. Phys. B 17 4142

    [9]

    Gao X J, Zhang X C, Chen Y 2007 Semiconduct. Optoelectron. 28 617 (in Chinese) [高新江, 张秀川, 陈扬 2007 半导体光电 28 617]

    [10]

    Wang J D, Wu Z H, Zhang B, Liao C J, Liu S H 2008 Acta Phys. Sin. 57 5620 (in Chinese) [王金东, 吴祖恒, 张兵, 魏正军, 廖常俊, 刘颂豪 2008 物理学报 57 5620]

    [11]

    Sun Z B, Ma H Q, Lei M, Yang H D, Wu L A, Zhai G J, Feng J 2007 Acta Phys. Sin. 56 5790 (in Chinese) [孙志斌, 马海强, 雷鸣, 杨捍东, 吴令安, 翟光杰, 冯稷 2007 物理学报 56 5790]

  • [1]

    Itzler M A, Entwistle M, Owens M, Patel K, Jiang X D, Slomkowski K, Rangwala S 2010 Proc. SPIE 7808 78080C1

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    Aull B F, Loomis A H, Young D J 2002 Lincoln Lab. J. 13 355

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    Tisa S, Zappa F, Tosi A, Cova S 2007 Sensors Actuat. A: Phys. 140 113

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出版历程
  • 收稿日期:  2013-12-11
  • 修回日期:  2014-01-08
  • 刊出日期:  2014-05-05

InGaAs单光子探测器传感检测与淬灭方式

  • 1. 东南大学无锡分校, 无锡 214135;
  • 2. 东南大学国家ASIC工程中心, 南京 210096;
  • 3. 中国电子科技集团第44研究所, 重庆 400060
    基金项目: 

    江苏省自然科学基金(批准号:BK2012559)资助的课题.

摘要: 针对InGaAs单光子雪崩光电二极管(SPAD)的光电感应特性,研究了基于门控主动式淬灭的SPAD动态偏置控制和电路实现的策略. 采用门控主动淬灭控制可降低淬灭时间,有效抑制暗计数和后脉冲效应. 接口感应检测电路采用标准互补金属氧化物半导体(CMOS)工艺进行制造,而SPAD则采用非标准CMOS工艺. 利用铟柱互连混合封装工艺实现SPAD与感应接口电路的协同工作. 在低温-30 ℃的条件下,实现了SPAD光触发雪崩电流信号的提取和快速淬灭. 研究了感应电阻和临界检测电压对传感检测电性能的影响,并采用简单电路结构实现状态检测,实测得到的SPAD恢复时间、传输延时分别为575,563 ps,淬灭时间为1.88 ns,满足纳秒级精度传感检测应用的需要.

English Abstract

参考文献 (11)

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