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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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Ultra-low detection delay drift caused by the temperature variation in a Si-avalanche-photodiode-based single-photon detector 被引量:3
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作者 Yurong Wang Linli Wang +3 位作者 Chenyi Wu Zhaohui Li Lei Yang Guang Wu 《Chinese Optics Letters》 SCIE EI CAS CSCD 2021年第8期90-94,共5页
We report a method to reduce the detection delay temperature drift for a single-photon detector based on the avalanche photodiode(SPAD). Both the SPAD and the comparator were temperature stabilized, resulting in an ul... We report a method to reduce the detection delay temperature drift for a single-photon detector based on the avalanche photodiode(SPAD). Both the SPAD and the comparator were temperature stabilized, resulting in an ultra-low temperature drift at 0.01 ps/°C. A stable time deviation as 0.15 ps over 1000 s was realized, while the ambient temperature fluctuated rapidly from 24°C to 44°C. To the best of our knowledge, this is the first report on the ultra-stable delay SPAD detector in the case of rapid increase or decrease of ambient temperature. It is helpful to improve the stability of onboard detectors for optical laser time transfer between ground and space. 展开更多
关键词 avalanche photodiodes laser ranging single-photon detection STABILITY temperature dependence
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Advances in near-infrared avalanche diode single-photon detectors 被引量:7
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作者 Chen Liu Hai-Feng Ye Yan-Li Shi 《Chip》 2022年第1期30-40,共11页
Avalanche-photodiode-based near-infrared single-photon detectors have seen rapid development in the last two decades because of their enormous internal gain,high sensitivity,fast response,small vol-ume,and ease of int... Avalanche-photodiode-based near-infrared single-photon detectors have seen rapid development in the last two decades because of their enormous internal gain,high sensitivity,fast response,small vol-ume,and ease of integration.The InGaAs/InP near-infrared single-photon detector is the most widely used avalanche diode at present.Its device performance is still being continuously improved through the optimization of device structure and external quenching circuits.This paper analyzes the latest development and application of these InGaAs/InP photodiodes,then briefly re views other near-infrared single-photon detection technologies based on new materials and new mechanisms. 展开更多
关键词 avalanche photodiode single-photon detector INGAAS/INP NEAR-INFRARED Quantum communication
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分布式光纤传感器系统的稳定性研究 被引量:12
4
作者 邹建 魏康林 刘颖 《压电与声光》 CSCD 北大核心 2002年第1期19-22,共4页
分布式光纤传感技术是适应现代工程技术的迫切需要而发展起来的一类全新的传感技术 ,其稳定性是该技术能得到广泛应用的基本保证。文章系统分析了影响分布式光纤传感器稳定性的因素。
关键词 分布式光纤传感器系统 雪崩光电二极管 半导体激光二极管 温漂 光时域反射计 稳定性
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用于单光子探测的APD的低温特性 被引量:3
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作者 冯金垣 吕华 +1 位作者 崔迎超 黄静 《半导体光电》 CAS CSCD 北大核心 2004年第3期174-176,共3页
 采用半导体致冷技术,对雪崩光电二极管(APD)快速降温,最低温度可达到-35℃,并对其低温特性进行了测试。结果表明:APD在低温下工作其雪崩电压下降,暗电流噪声降低,解决了量子密码通信中的红外单光子探测的一个关键技术点。
关键词 半导体致冷 雪崩光电二极管(APD) 单光子探测 低温特性
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21世纪的核医学探测器 被引量:6
6
作者 李玉兰 金永杰 《核电子学与探测技术》 CAS CSCD 北大核心 2000年第1期74-78,共5页
介绍了一些即将在21 世纪发挥重大作用的新的核医学探测材料和技术,包括LSO闪烁晶体、雪崩光二极管(APD)、多通道光电倍增管(MC-PMT)、半导体探测器等等。
关键词 LSO 雪崩光二极管 半导体探测器 核医学探测器
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基于APD半导体制冷供能电路设计
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作者 裴文彦 周金运 《现代电子技术》 2005年第11期25-26,29,共3页
雪崩光电二极管(APD)作为高灵敏光探测器件,为降低暗电流噪声需要半导体热电制冷器来降低其工作环境温度。用于制冷器的能源供应以及恒温控制的开关电源是该制冷系统重要的支持性配置,从半导体热电制冷控制需要电源功率输出较大、稳定... 雪崩光电二极管(APD)作为高灵敏光探测器件,为降低暗电流噪声需要半导体热电制冷器来降低其工作环境温度。用于制冷器的能源供应以及恒温控制的开关电源是该制冷系统重要的支持性配置,从半导体热电制冷控制需要电源功率输出较大、稳定性较好和受外界影响较少的要求出发,在开关电源的功率转换电路和脉宽调制(PWM)控制电路部分做了相应的改进。选择半桥式功率转换电路,以及利用控制芯片的功能实现脉宽调制电路,并根据探测和控制的反馈信号进行功率调整,实验结果证明这些方法对本设计电源是可行的。 展开更多
关键词 开关电源 雪崩光电二极管(APD) 脉宽调制(PWM) 半导体热电制冷(TEC)
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高速近红外1550nm单光子探测器 被引量:9
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作者 杨皓 王超 +2 位作者 孙志斌 王迪 翟光杰 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2012年第2期325-329,共5页
高速近红外1 550 nm单光子探测器采用半导体制冷和热管风冷混合技术,雪崩二极管工作于盖革模式下,使用交流耦合方式提供门脉冲信号,通过延迟补偿和采样边沿锁存方式消除尖脉冲干扰,采用反馈门控减小后脉冲的影响。采用了ECL(Emitter Cou... 高速近红外1 550 nm单光子探测器采用半导体制冷和热管风冷混合技术,雪崩二极管工作于盖革模式下,使用交流耦合方式提供门脉冲信号,通过延迟补偿和采样边沿锁存方式消除尖脉冲干扰,采用反馈门控减小后脉冲的影响。采用了ECL(Emitter Couple Logic)与TTL(Transistor-TransistorLogic)混合电子技术提高单光子探测系统的运行频率,其频率可大于10 MHz;另外,通过对雪崩信号的放大来提高信号的动态范围,进一步优化探测器的性能。实验测试与分析表明,探测器在时钟频率10 MHz、温度-62℃、门脉冲宽度8 ns的条件下的最优性能参数为:量子探测效率12.8%,暗计数率3.76×10-6ns-1,噪声等效功率8.68×10-19W/Hz1/2。 展开更多
关键词 单光子探测 半导体制冷 雪崩二极管 盖革模式 门控
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亚微米液体颗粒计数器的关键技术研究及应用
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作者 梁凤飞 孙吉勇 +2 位作者 陈建 沈玮栋 吴晨炜 《中国仪器仪表》 2023年第2期63-66,共4页
亚微米液体颗粒计数器是一种应用于半导体、电子等领域进行超纯水、超净液体的颗粒污染程度检测的主要仪器。基于光散射原理,采用半导体激光器作为光源,以雪崩光电二极管作为光电转换元件,以比较器实现颗粒物粒径的甄别,以计数芯片实现... 亚微米液体颗粒计数器是一种应用于半导体、电子等领域进行超纯水、超净液体的颗粒污染程度检测的主要仪器。基于光散射原理,采用半导体激光器作为光源,以雪崩光电二极管作为光电转换元件,以比较器实现颗粒物粒径的甄别,以计数芯片实现单个粒径颗粒的统计,以嵌入式芯片实现不同粒径颗粒的统计,开发了一种可实现检测液体中0.2μm粒径的不溶性颗粒计数器,并通过测试纯水、光刻胶等溶剂与进口检测仪器相比误差<1%,达到替代进口的目的,实现高端颗粒计数仪器的国产化。 展开更多
关键词 亚微米液体颗粒计数器 光散射 半导体激光器 雪崩光电二极管
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Avalanche photodetectors based on two-dimensional layered materials 被引量:6
10
作者 Jinshui Miao Chuan Wang 《Nano Research》 SCIE EI CAS CSCD 2021年第6期1878-1888,共11页
The past decade has witnessed a dramatic increase in interest in emerging photodetectors built from two-dimensional(2D)layered materials.A major driver of this trend is the growing demands for lightweight,uncooled,and... The past decade has witnessed a dramatic increase in interest in emerging photodetectors built from two-dimensional(2D)layered materials.A major driver of this trend is the growing demands for lightweight,uncooled,and even flexible photodetection technology.However,2D layered materials always suffer from low light absorption coefficients due to their atomically thin nature.Impact ionization,which can achieve carrier multiplication,is a promising strategy to design 2D photodetectors with high detection efficiency.In this review,typical types of photodetection mechanisms in 2D photodetectors are first summarized.We then discuss the avalanche mechanism induced by impact ionization and avalanche photodetectors based on conventional silicon and III–V compound semiconductors.Finally,a host of emerging avalanche photodetectors based on 2D materials and their van der Waals heterostructures,and their potential applications in the field of photon-counting technologies are detailed.By reviewing the recent progress and discussing challenges faced by 2D avalanche photodetectors,this review aims to provide perspectives on future research directions of 2D material-based ultrasensitive photodetectors such as single-photon detectors. 展开更多
关键词 two-dimensional materials van der Waals heterostructures PHOTODETECTORS impact ionization avalanche photodiodes single-photon detectors
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横向收集结构锗硅半导体雪崩探测器的设计研究 被引量:2
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作者 叶余杰 柯少颖 +2 位作者 吴金镛 李成 陈松岩 《中国光学》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第4期833-842,共10页
为了实现高效的微光探测以及满足量子通信的需求,需要研发制备具有高增益、低噪声和高带宽的高性能红外探测器,基于硅衬底材料的锗硅雪崩探测器(Avalanche Photodiode,APD)被认为是有希望实现近红外通信波段高效弱光探测的探测器件。本... 为了实现高效的微光探测以及满足量子通信的需求,需要研发制备具有高增益、低噪声和高带宽的高性能红外探测器,基于硅衬底材料的锗硅雪崩探测器(Avalanche Photodiode,APD)被认为是有希望实现近红外通信波段高效弱光探测的探测器件。本工作设计研究了一种横向收集结构的锗硅APD,并对其结构参数对电场分布的影响进行了仿真模拟。发现该结构中硅倍增层的掺杂浓度、尺寸等对器件电场分布具有很重要的影响,并且利用能带理论对其进行了解释说明。倍增层掺杂浓度提高后,增强的结效应导致该器件中出现了有趣的双结结构,横向的n+-n-结与纵向的p+-i-p--n-结共同作用于电场分布,并且实现了纵向雪崩与横向载流子收集。在-30dBm1310nm光源正入射下,新设计的横向吸收结构APD经过优化带宽可以达到20GHz;线性响应度0.7A/W;由于采用了键合方法,其暗电流可以下降至10-12A。基本满足近红外通信波段弱光探测的高速、低暗电流、探测能力强等要求。 展开更多
关键词 半导体探测器 雪崩光电二极管 锗硅 电场控制
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单光子探测器制冷系统研究
12
作者 吕海燕 洪占勇 杜先常 《量子电子学报》 CAS CSCD 北大核心 2023年第3期400-406,共7页
负反馈雪崩光电二极管是一款单片集成负反馈电阻的砷化镓铟雪崩光电二极管光子计数器件。在基于负反馈雪崩光电二极管的单光子探测器中,高灵敏度的制冷系统是保障其正常工作的必备条件。采用被动制冷和主动制冷相结合的方式,设计了一套... 负反馈雪崩光电二极管是一款单片集成负反馈电阻的砷化镓铟雪崩光电二极管光子计数器件。在基于负反馈雪崩光电二极管的单光子探测器中,高灵敏度的制冷系统是保障其正常工作的必备条件。采用被动制冷和主动制冷相结合的方式,设计了一套高灵敏度制冷系统。通过理论计算、仿真和实测该制冷系统,表明该系统内部功耗降低58.63%,且在室温25℃和高温65℃环境下,该系统均能使负反馈雪崩光电二极管工作温度控制在(−20±0.3)℃,具有环境适应性强、制冷温差大、制冷温度可控等优点。 展开更多
关键词 光电子学 负反馈雪崩光电二极管 单光子探测器 半导体制冷
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Advances in InGaAs/InP single-photon detector systems for quantum communication 被引量:32
13
作者 Jun Zhang Mark A Itzler +1 位作者 Hugo Zbinden Jian-Wei Pan 《Light(Science & Applications)》 SCIE EI CAS CSCD 2015年第1期381-393,共13页
Single-photon detectors(SPDs)are the most sensitive instruments for light detection.In the near-infrared range,SPDs based on III–V compound semiconductor avalanche photodiodes have been extensively used during the pa... Single-photon detectors(SPDs)are the most sensitive instruments for light detection.In the near-infrared range,SPDs based on III–V compound semiconductor avalanche photodiodes have been extensively used during the past two decades for diverse applications due to their advantages in practicality including small size,low cost and easy operation.In the past decade,the rapid developments and increasing demands in quantum information science have served as key drivers to improve the device performance of single-photon avalanche diodes and to invent new avalanche quenching techniques.This Review aims to introduce the technology advances of InGaAs/InP single-photon detector systems in the telecom wavelengths and the relevant quantum communication applications,and particularly to highlight recent emerging techniques such as high-frequency gating at GHz rates and free-running operation using negative-feedback avalanche diodes.Future perspectives of both the devices and quenching techniques are summarized. 展开更多
关键词 avalanche photodiode DETECTOR INGAAS/INP quantum communication single-photon avalanche diode single-photon detection
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InGaAs/InP SAGCM APD的电流响应模型研究
14
作者 谢生 张帆 毛陆虹 《华中科技大学学报(自然科学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第9期160-166,共7页
从吸收、渐变、电荷和倍增层分离型(SAGCM)InGaAs/InP APD的器件结构和工作原理出发,分析了载流子扩散、产生-复合等影响暗电流的主要因素,推导了光电流响应和碰撞电离倍增因子的表达式,同时考虑了温度和高偏压下隧穿效应的影响,构建了... 从吸收、渐变、电荷和倍增层分离型(SAGCM)InGaAs/InP APD的器件结构和工作原理出发,分析了载流子扩散、产生-复合等影响暗电流的主要因素,推导了光电流响应和碰撞电离倍增因子的表达式,同时考虑了温度和高偏压下隧穿效应的影响,构建了完整的电流响应模型.模型使用与通用电路仿真器完全兼容的Verilog-A语言进行描述,适用于Cadence电路设计平台中与外围电路进行协同仿真.结果表明:在300 K下模型仿真结果与实验数据在60 V偏置电压范围内均处于同一数量级,验证了所构建的APD器件模型的精确度,为光电探测系统的协同设计与整体优化提供了参考. 展开更多
关键词 雪崩光电二极管(APD) 半导体器件模型 INGAAS/INP 电流响应 倍增因子 碰撞电离
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半导体单光子雪崩光电二极管的封装发展
15
作者 刘杰 汪冰 +2 位作者 马涛 李奇 左标 《光学与光电技术》 2023年第1期108-117,共10页
半导体单光子雪崩二极管可实现微弱信号的探测,在量子通讯、激光雷达和大气探测等领域具有重要应用。虽然半导体单光子雪崩二极管的性能主要取决于探测芯片设计、流片工艺和外围匹配电路的设计,但后续的封装技术对其探测性能也有重要的... 半导体单光子雪崩二极管可实现微弱信号的探测,在量子通讯、激光雷达和大气探测等领域具有重要应用。虽然半导体单光子雪崩二极管的性能主要取决于探测芯片设计、流片工艺和外围匹配电路的设计,但后续的封装技术对其探测性能也有重要的影响。聚焦多年来半导体单光子雪崩二极管的封装发展,简要介绍了相应封装形式和技术,以及封装对于雪崩二极管性能的影响,最后对半导体单光子雪崩二极管的封装发展前景做出了展望。 展开更多
关键词 半导体单光子雪崩光电二极管 封装技术 暗计数 探测效率 热管理技术 光路耦合技术
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