論文の概要: Silicon single-photon detector achieving over 84% photon detection efficiency with flexible operation modes
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2507.18172v1
- Date: Thu, 24 Jul 2025 08:14:33 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-07-25 15:10:43.224484
- Title: Silicon single-photon detector achieving over 84% photon detection efficiency with flexible operation modes
- Title（参考訳）: 柔軟な動作モードで84%以上の光子検出効率を達成するシリコン単光子検出器
- Authors: Dong An, Chao Yu, Ming-Yang Zheng, Anran Guo, Junsong Wang, Ruizhi Li, Huaping Ma, Xiu-Ping Xie, Xiao-Hui Bao, Qiang Zhang, Jun Zhang, Jian-Wei Pan,
- Abstract要約: シリコン単光子検出器(Si SPD)は可視光スペクトルにおける単一光子の検出において重要な役割を担っている。
ここでは、785nmで84.4%の優れたPDEを持つSi SPDを提示し、複数の動作モードをサポートする。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 13.863080511606265
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: Silicon single-photon detectors (Si SPDs) play a crucial role in detecting single photons in the visible spectrum. For various applications, photon detection efficiency (PDE) is the most critical characteristic for effectively collecting photons. Here, we present a Si SPD with a remarkable PDE of up to 84.4% at 785 nm, supporting multiple operation modes. We design and fabricate a thick-junction Si single-photon avalanche diode (SPAD) that enhances the avalanche probability through a backside-illumination structure, while minimizing noise through the design of a doping-compensated avalanche region. To maximize PDE, we implement a readout circuit with a 50 V quenching voltage, enabling operation in free-running, gating, or hybrid modes. The SPAD, along with its readout circuits and affiliated circuits, is integrated into a compact SPD module. In free-running mode, the module achieves a maximum PDE of 84.4%, with a dark count rate of 260 cps, and an afterpulse probability of 2.9% at 268 K. This work provides a practical solution for applications requiring ultra-high-efficiency Si SPD with multiple operation modes.
- Abstract（参考訳）: シリコン単光子検出器(Si SPD)は可視光スペクトルにおける単一光子の検出において重要な役割を担っている。
様々な用途において、光子検出効率(PDE)は光子を効果的に収集する上で最も重要な特性である。
ここでは、785nmで84.4%の優れたPDEを持つSi SPDを提示し、複数の動作モードをサポートする。
ドーピング補償型雪崩領域の設計により,ノイズを最小限に抑えつつ,裏面照明構造により雪崩確率を向上する厚い接合Si単光雪崩ダイオード(SPAD)を設計・製造する。
PDEを最大化するために、50Vクエンチ電圧のリードアウト回路を実装し、フリーラン、ゲーティング、ハイブリッドモードでの動作を可能にする。
SPADはリードアウト回路や関連回路と共にコンパクトなSPDモジュールに統合されている。
フリーランモードでは、モジュールは最大84.4%のPDEを実現し、暗カウントレートは260 cps、アフターパルス確率は268 Kで2.9%である。
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