基于CMOS工藝SPAD的單光子探測技術(shù)研究.pdf

1、光在極其微弱時會離散成一個個的光子，稱為單光子。單光子信號由于強度微弱且粒子性顯著，常規(guī)技術(shù)難以對其檢測，被認為是光電探測技術(shù)的極限。同時單光子信號又是一種普遍存在的信息載體，在日常生活、工業(yè)生產(chǎn)、科學(xué)研究以及國防軍事等各方面都有著廣泛應(yīng)用，因而近年來受到研究人員重視。
　　單光子探測技術(shù)主要體現(xiàn)在以下幾方面：有極高增益的單光子探測器件，控制單光子探測器件并對信號進行處理的快速電路，器件和電路的集成技術(shù)，大規(guī)模像元陣列的制作及拼接

2、。目前在單光子探測方面亟待解決的問題有：單光子探測器工藝復(fù)雜、工作電壓高、價格昂貴、重復(fù)性差，外圍電路響應(yīng)速度慢、版圖面積大，對單光子探測器和相關(guān)電路的混合拼接易導(dǎo)致性能下降、噪聲變大。
　　為解決上述問題，本文在中央高?；緲I(yè)務(wù)費資助項目(NO.12120001)支持下，對單光子探測技術(shù)進行了研究。文章選用實驗室設(shè)計的帶保護環(huán)結(jié)構(gòu)的CMOS工藝兼容的雪崩光電二極管作為單光子探測器件，對雪崩光電二極管的工作原理和相關(guān)參數(shù)進行了介紹

3、。用等效電路模型代替雪崩光電二極管在軟件中進行仿真，分析比較了雪崩光電二極管的三種淬滅模式，選擇主動淬滅電路控制雪崩光電二極管，用高速電壓比較電路作為雪崩信號甄別電路，設(shè)計了數(shù)字和模擬結(jié)構(gòu)的計數(shù)電路。在此基礎(chǔ)上完成了單光子探測像元電路，包括雪崩光電二極管等效電路、淬滅復(fù)位電路、雪崩信號甄別電路、光子計數(shù)電路等。仿真結(jié)果顯示電路探測速度可達5ns，淬滅電路死時間約2.690ns，從光子信號進入到計數(shù)完成整體電路傳輸延時約3.0572ns，