近红外InP基SPAD阵列探测器：原理、优化与应用

"InP基近红外单光子雪崩光电探测器阵列" 单光子雪崩光电探测器（SPAD）是光电子学领域的一种关键元件，它利用雪崩倍增效应实现对单个光子的高效检测。SPAD具有高增益、快速响应速度、高探测效率和易于集成的优势，这使得它在众多应用领域中表现出色。特别是在近红外波段，InGaAs/InP材料体系的SPAD因其优异的性能，成为弱光信号检测和三维成像的重要工具。 InGaAs/InP SPAD单元的工作原理基于光电效应。当一个光子击中探测器，它会在InGaAs层中产生电子-空穴对。在加有足够的反偏电压下，这些载流子会在内部电场作用下引发雪崩倍增过程，从而显著放大信号。这种现象使得SPAD能够检测到非常微弱的光信号，即使只有一个光子。 SPAD阵列通过将多个独立的SPAD单元集成在一起，可以实现大面积覆盖和高空间分辨率的探测。对于三维成像，SPAD阵列可以捕捉时间戳信息，结合飞行时间（TOF）测量，精确地重建物体的三维形状。这种技术在生物医学成像、量子通信和激光雷达（LiDAR）系统中具有广泛的应用前景。 然而，SPAD阵列的性能受到多个因素的影响。暗计数率是指在没有光照时探测器产生的误报率，它可能由热激发或漏电流引起。后脉冲现象则指的是在一次雪崩之后的短暂时间内，探测器仍处于高导通状态，这可能导致虚假的光子计数。降低暗计数率和后脉冲是器件优化的关键方向。 近年来，研究者提出了一系列SPAD阵列的技术方案，包括改进的像素设计、减少串扰的隔离技术以及优化的读出电路。串扰主要源自相邻像素间的电荷共享，可以通过像素隔离、多电极结构和快速复位技术来减少。此外，不同研究机构在SPAD阵列的制备工艺和性能指标上也进行了对比研究，推动了该领域的技术进步。 InP基近红外单光子雪崩光电探测器阵列的研究是当前光电子学领域的热点，它对提升光子检测能力、拓展光学应用具有重要意义。随着技术的不断进步，未来的SPAD阵列有望实现更高的探测效率、更低的暗计数率以及更复杂的集成结构，进一步推动科学和工业界的发展。