論文の概要: Wideband Balanced Photodetectors for Classical and Quantum Light Detection from Optical, EUV, to X-rays
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2605.24199v1
- Date: Fri, 22 May 2026 20:41:01 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2026-05-26 19:50:17.736108
- Title: Wideband Balanced Photodetectors for Classical and Quantum Light Detection from Optical, EUV, to X-rays
- Title（参考訳）: 光、EUV、X線からの古典および量子光検出のための広帯域光検出器
- Authors: Ivan Ryger, Terry Brown, Dina S. Eissa, Chen-Ting Liao,
- Abstract要約: 極紫外(EUV)および軟X線(SXR)系におけるコヒーレント短波長光源は、高度な光電子検出能力の必要性が高まっている。
バランスの取れた光検出をこれらの波長状態に拡張することは、基本的な帯域幅ノイズのトレードオフによって著しく妨げられる。
本稿では、ブートストラップ式トランスインピーダンス増幅器の設計により、このボトルネックを克服する新しい広帯域光受信器アーキテクチャについて報告する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/
- Abstract: The rapid development of coherent short-wavelength light sources in the extreme ultraviolet (EUV) and soft X-ray (SXR) regimes has created a growing need for advanced optoelectronic detection capabilities, particularly for quantum-noise-limited measurements, microelectronics and semiconductor metrology, and emerging quantum information applications. However, extending balanced photodetection to these wavelength regimes is severely hindered by a fundamental bandwidth-noise trade-off imposed by the exceptionally large junction capacitance of EUV-SXR silicon photodiodes. Here, we report a novel wideband photoreceiver architecture that overcomes this bottleneck via a bootstrapped transimpedance amplifier design. By leveraging a low-noise junction field-effect transistor interface, we effectively isolate the photodiode capacitance and suppress the apparent input capacitance seen by the core amplifier. Combined with active compensation of parasitic feedback reactance, this architecture mitigates the conventional trade-off between detector active area and signal bandwidth. Experimentally, we achieved a system-level input-referred noise floor of 13 $fA/\sqrt{Hz}$, closely approaching theoretical thermal limits. Furthermore, we achieved a six-fold extension in signal-to-noise limited bandwidth and, through the implementation of a novel grounded field plate, demonstrated a common-mode rejection ratio (CMRR) exceeding 30 dB up to 100 kHz. This highly scalable, silicon-based architecture effectively bridges the short-wavelength detection gap, establishing a robust experimental platform for next-generation quantum-noise-limited and quantum-enhanced X-ray measurement, as well as ultra-sensitive inspection and metrology applications in high-numerical-aperture EUV lithography.
- Abstract（参考訳）: 極紫外(EUV)と軟X線(SXR)レギュレーションにおけるコヒーレント短波長光源の急速な発展は、特に量子ノイズ制限測定、マイクロエレクトロニクスと半導体メトロジー、新興量子情報アプリケーションなど、高度な光電子検出能力への需要が高まっている。
しかし、これらの波長状態への平衡光検出の延長は、EUV-SXRシリコンフォトダイオードの例外的に大きなジャンクション容量によって課される基本的な帯域幅ノイズトレードオフによって著しく妨げられる。
本稿では、ブートストラップ式トランスインピーダンス増幅器の設計により、このボトルネックを克服する新しい広帯域光受信器アーキテクチャについて報告する。
光ダイオード容量を効果的に分離し、コア増幅器で見られる明らかな入力容量を抑制する。
このアーキテクチャは寄生的フィードバック応答の能動的補償と組み合わせて、検出器のアクティブ領域と信号帯域間の従来のトレードオフを緩和する。
実験により,理論熱限界に近づいた13$fA/\sqrt{Hz}$のシステムレベルの入力参照ノイズフロアを実現した。
さらに、信号-雑音制限帯域の6倍拡張を実現し、新しい接地フィールドプレートの実装により、30dB以上100kHzのコモンモード拒絶比(CMRR)を実証した。
この高度にスケーラブルでシリコンベースのアーキテクチャは、短波長検出ギャップを効果的に橋渡しし、次世代の量子ノイズ制限および量子強調X線測定のための堅牢な実験プラットフォームを構築し、高数値解析EUVリソグラフィーにおける超感度検査とメトロジーの応用を可能にした。
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