近红外雪崩光电二极管: 发展和应用进展

芯片|Vol 1 |2022年春季刘，C.，是的，HF. 施，Y.-L. 芯片1，51月11∼=芯片评论光电DOI：10.1016/j.chip.2022.100005近红外雪崩研究进展二极管单光子探测器刘晨1，2，叶海峰1，2，石燕丽1，2，刘1云南大学物理与天文学院，云南昆明650091 2云南大学量子信息云南省重点实验室，云南昆明650091E-mail：shiyanli@ynu.edu.cn（Yan-Li Shi）Cite as：Liu，C.，是的，HF. 施，Y.-L. Chip1，5（2022）.https://doi.org/10.1016/j.chip.2022.100005收到日期：2021年11月30日接受日期：2022年在线发布：2022年基于雪崩光电二极管的近红外单光子探测器由于具有内部增益大、灵敏度高、响应速度快、体积小、易于集成等优点，在近二十年来得到了迅速的发展。InGaAs/InP近红外单光子探测器是目前应用最广泛的雪崩二极管。其器件性能仍在通过器件结构和外猝灭电路的优化不断提高。本文分析了这些InGaAs/InP光电二极管的最新发展和应用，并简要评述了其他基于新材料和新机理的近红外单光子探测技术关键词：雪崩光电二极管，单光子探测器，InGaAs/InP，近红外，量子通信介绍为了探测人眼安全波长1550 nm的单光子，最近的研究集中在超导单光子探测器（SPD），上转换到可见光波长，和InP基单光子雪崩二极管（SPAD），包括焦平面阵列与In0.53 Ga0.47 As作为吸收层。其中，超导探测器的发展最为迅速，单光子探测效率接近100%，暗计数率低于100 Hz。最近，超导探测器阵列的研制也取得了一些令人鼓舞的成果.但其工作温度低于5K，系统庞大复杂，成本昂贵，严重限制了其应用。上转换单光子探测器采用和频原理将1550nm的光转换为可见光，然后用标准的然而，上转换过程需要高功率泵浦激光器和复杂的光路来获得足够的转换效率，这限制了这种探测器的应用经过40多年的发展1、雪崩二极管单光子探测器由于其体积小、接近室温的操作、以及易于集成和制造焦平面阵列，已被证明是用于探测近红外光子的最实用的工具。雪崩光电二极管（APD）的研究始于20世纪50年代2，3。它的先驱，Jun-ichi Nishizawa，可能没有想到基于耗尽层中碰撞电离产生的内部电流增益的APD最初主要用于线性工作模式，其工作电压（VTOL）低于雪崩击穿电压（VBD），输出电流与入射光功率成线性关系。它被设计成p-n结的形式（图1（a））4。p-n APD的最大挑战是其高暗电流和低增益。的原因这是因为耗尽区，即，乘法器层，是在二，与吸收层直接接触，导致两个电场接近。如此大的电场使得吸收层（In 0.53 Ga 0.47 As为1550 nm，具有E g 0. 75eV）产生大量的隧穿暗电流。1979年1，Katsuhiko Nishidaet al.通过在ab-InP层之间添加n-InP层来产生具有分离的吸收和倍增（SAM）区域的第一结构。吸附层（n-InGaAsP）和倍增层（P+-InP）。这种APD结构可以有效地抑制吸收层的隧穿电流，同时保证倍增层.在20世纪90年代早期，随着分离吸收、分级、电荷和倍增（SAGCM）结构的实现基于SAM结构的有效性，增加了n-InP电荷层以调节电场分布;此外，插入InGaAsP分级层以平滑InP和In-GaAs层之间的价带不连续性从那时起，具有前所未有的灵敏度的SPAD被开发出来，现在在近红外波段使用的SPAD遵循SAGCM结构设计理念。为了实现单光子灵敏度，SPAD必须在盖革模式7下工作;也就是说，所施加的电压VTOL必须高于雪崩击穿电压（VBD），并具有过量的偏置电压Vex V TOL-VBD。在盖革模式下，从吸收层注入倍增层的载流子在高电场下复制碰撞电离过程，因此单个载流子有机会触发雪崩式电流放大过程并产生足够强的待识别的宏电流。以这种方式，可以将灵敏度提高到单光子检测水平。然而，在电流放大的同时也产生了正反馈，即一旦击穿过程开始，雪崩电流将继续积累。审查DOI：芯片|Vol 1 |2022年春季刘，C.，是的，HF. 施，Y.-L. 芯片1，52月11日图 1|（a）p-n结构;（b）SAM结构;（c）SAGCM结构的雪崩光电二极管。直到设备完全损坏。因此，在盖革模式下工作的SPAD需要一个串联工作的额外驱动电路来成为有效的SPD。该电路执行InGaAs/InP单光子探测器的研制（i）感测雪崩的上升沿电流;（ii）产生与所述RIS同步的标准输出脉冲InGaAs/InP SPD使用SAGCM结构，其中In0.53Ga0.47如（iii）通过降低VTOL来淬灭雪崩电流;（iv）将VTOL恢复到SPAD的VBD以上。因此，驱动电路的设计也对基于SPAD的SPD的性能起着关键作用。关于上述功能，目前SPAD的三种最基本的猝灭方案是被动猝灭、主动猝灭和门控猝灭8无源猝灭使用由与二极管串联的大电阻组成的R-C电路来猝灭雪崩电流，然后缓慢地复位电压VTOL。该器件具有较长的关断时间τh（> 1 μs）和阻容寄生电容。长τh限制了每秒的最大计数率CMax，因此很难超过100 MHz，而寄生电容导致明显的后脉冲效应。在主动猝灭中，当探测到雪崩信号时，通过反馈电路和控制电路实现SPAD的猝灭和电压复位。它的特点是τh可控，恢复速度为纳秒级。门控猝灭使用门电压用作吸收层，InP用作倍增层，以增加光生空穴的碰撞电离。研究主要集中在结构参数的优化上，以获得最大的信噪比和计数率13同时，淬灭电路的改进也为SPD的发展做出了重要贡献单光子探测效率和暗计数率。如上所述，InGaAs/InP SPAD性能参数包括暗计数率（DCR）、单光子探测效率（SPDE）、后脉冲概率Pa、每秒最大计数率CMax和定时抖动Δt。探测效率是最重要的参数，因为它直接表征光子探测能力，并且是一系列概率的乘积：SPDE=η· Pcoup· Pava· Pinj· Pcom（1）量子效率η可以进一步表示为（V门））具有窄脉冲宽度以控制雪崩时间。的SPADη=（1 − R）×。1− e−αd（2）仅在栅极电压到达时进入盖革模式，因此需要栅极脉冲与光源同步。良好的电子设计可以实现纳秒级的门控时间，有效地抑制单个雪崩电荷和暗计数。通过上述三种猝灭方案的组合，类似的电路，例如无源门控，有源-无源复合电路11、12，正弦波门控，其中R是表面的反射率，α是吸收深度d处的吸收系数。量子效率η随着吸收层的厚度单调增加，但根据等式中e − α d项的负指数性质。(2)，增长率（1- e-αd）的衰减随厚度的增加而减慢。此外，本发明还提供了一种方法，等等，这可以进一步提高SPAD每-- 是的在下面的章节中，我们首先总结了In-GaAs/InP SPD的最新进展。然后，我们综述了优化这些SPD的结构参数和猝灭电路的新方法详细讨论了单光子探测效率、暗计数率、后脉冲概率、每秒最大计数率和时间抖动等影响性能的因素此外，我们还总结了基于新材料和新机制的最新技术，以满足低噪声、低后脉冲和高最大计数率的 要 求 。 近 年 来 InP 基 SPD 在 非 视 距 成 像 、 光 探 测 和 测 距（LiDAR）、量子保密通信等领域的应用展示了近红外单光子探测器的广阔前景。厚的吸收层不仅增加了定时抖动，而且增加了暗载流子14、15的热生成。因此，简单地进一步增加吸收层的厚度将限制SPAD性能的增强术语P耦合包括从自由空间到有源表面的光耦合效率，其取决于SPAD器件封装和光纤耦合处理。参数Pinj是在吸收层中产生的光致载流子被成功注入倍增层的概率，而Pava表示载流子在倍增层9中触发雪崩事件的概率。Pinj和Pava均随Vex的增加而迅速增长。最后，Pcom是雪崩电流通过采样电阻产生的电压降上升沿的概率（例如，RS= 50▲）由比较器检测，该比较器是审查DOI：芯片|Vol 1 |2022年春季刘，C.，是的，HF. 施，Y.-L. 芯片1，53月11日±图 2|具有MIM光学微腔的InGaAs/InP SPAD（a）MIM腔结构;（b）MIM腔截面。 取自参考文献 十七岁Vex和单个雪崩事件的总电荷的联合结果。总电荷受内部倍增过程的随机性和总寄生电容的影响。暗计数率是SPAD的基本噪声，是SPAD计数的在没有光的条件这些计数来自雪崩事件后脉冲效应的特征在于后脉冲概率Pa，其可以直观地建模如下9：∫δPa C·0Vex（t）dt · e−τh/τ（3）是由SPAD内部的暗载流子引起的它的来源可以是热激发、带间隧穿和陷阱辅助隧穿。通常认为，主要原因是窄带隙In0.53 Ga0.47 As吸收层中的热激发和倍增层16中的隧穿过程。对于热激发，降低工作温度（T）是一种有效的方法，而对于陷阱辅助隧穿，有效的方法是以牺牲量子效率和耦合效率为代价来减小光敏表面积此时，在保持量子效率的同时减少光敏表面积仍然是一个重大挑战。为 了解 决 上述 不 兼 容问 题 ，Wen 等 人提 出了 与 InGaAs/InPSPAD17、18集成的金属-绝缘体-金属（MIM）等离子体聚焦腔结构，如图2中示意性地示出的。利用特定周期和厚度的金属光栅上的表面等离子体激元，将1550 nm的激光束入射到光栅表面，33.第33章. 6 μm聚焦，从底部小于1μm宽的双缝输出。 实验结果表明，激光束经MIM光学微腔聚焦后，发散角仅为0。3°，这保证了光子在InGaAs/InP SPAD的吸收层中的保留在同一时间，单位面积的输出光强度增加了九倍以上此外，Fang et al. 19增加了一个介电金属反射层，以反射和吸收通过反射层的未吸收光子，其直径约为25 μm。如图3（a）所示，介电金属反射层位于器件的顶部，与底部的光敏表面对准。实验结果（图） 3（b））表明，在相同的照射下，与没有反射层时相比，具有反射层的吸收效率和光子探测效率提高了约20%。因此，Ref.17r s SPAD设计可达80%。后脉冲效应和最大计数率CMax. SPAD中的另一个噪声源是后脉冲效应，由在先前雪崩事件中被捕获在倍增层的深能级中的决定后脉冲概率Pa的因素是材料的缺陷密度。此外，由光子和暗计数产生的流过SPAD的单个雪崩事件的总电荷可以产生后脉冲计数，这将导致假计数。在上面的表达式中，C是寄生电容，τ是捕获载流子的寿命，τh是死区时间（或保持时间）。通过适当的设计，可以通过选择小的寄生电容、短的单次雪崩持续时间δ（即，有效栅极脉冲宽度）、低Vex、短载流子寿命和长保持时间。降低Vex和δ会降低SPDE，提高温度缩短俘获载流子寿命也会提高DCR，延长保持时间会降低CMAX。目前，减小后脉冲的最佳途径是通过研制集成猝灭电路和利用数据处理算法校正后脉冲计数来减小寄生电容。使用集成技术的一个例子是负反馈雪崩二极管（NFAD）20例如，Princeton Lightwave通过将高电阻薄膜电阻器集成到背照式SPAD的p接触中实现了NFAD（图4（a））。等效电路如图4（b）所示，其中蓝色部分代表雪崩二极管，黄色部分代表集成薄膜电阻器。这种集成设计在实现无源猝灭的同时，有效地减小了寄生电容，抑制了后脉冲效应。最重要的是，这种实用且高度集成的设计简化了驱动电路，便于SPAD阵列的后续实现来自滑铁卢大学25、日内瓦大学26、山东大学27和中国科学技术大学（USTC）的研究小组已经开发出基于NFAD结合不同淬火电路的优秀SPD。特别是，USTC将有源猝灭电路与特定的后脉冲校正算法相结合，并在LiDAR系统中采用了NFAD SPD;在范围校正信号分布方面，他们获得的结果与使用商用超导纳米线SPD获得的结果相当28，29。另一种改进CMAX的代表性方法是采用高速正弦波选通电路30、31。 如图 5、用正弦波电压信号代替经典的方波短选通脉冲来驱动SPAD。这有三个优点，第一个是超短门控脉冲宽度（1 ns）减少了单个雪崩事件的总电荷，因此有效地抑制了后脉冲。<第二个优点是高频正弦波淬火电路增加了CMAX。最后，由于正弦波的频谱纯净，雪崩二极管的容性噪声很容易被滤除。审查DOI：芯片|Vol 1 |2022年春季刘，C.，是的，HF. 施，Y.-L. 芯片1，54月11日=fg×τg=图3|具有介电金属反射层的InGaAs/InP SPAD。(a)原理图;（b）有无反射层的SPAD典型光电流-电压曲线的比较。取自参考文献 19号。定时抖动Δt。定时抖动是入射光子吸收时间和电信号检测时间之间的总时间不确定性。它影响时间分辨率，其特征在于在一定的积分时间内的雪崩计数分布的半峰全宽。薄的器件厚度有助于减小电阻。对于给定的SPD，增加V_ex可以有效地减少雪崩，因为高电场缩短并稳定了单个雪崩事件的总积累时间目前，时间抖动可以达到100 ps以下32，33。最新InGaAs SPD的性能。表1列出了近年来报道的InGaAs/InP SPD的性能。与2010年代开发的早期设计相比，一个显著的改进是增加了SPDE和CMAX，降低了DCR和Pa。这些改进主要来自于器件结构和工艺的优化由于引入了新的淬火技术，如负反馈和正弦门控。新型SPD逻辑InGaAs SPAD正朝着高性能、低噪声和大阵列方向发展。同时，新型二维材料、Ge-SPAD和多台阶APD的出现为近红外单光子探测提供了新的研究方向。低噪声APD。APD的增益来自注入倍增层的载流子的反复碰撞电离，但该过程是随机的，这导致了过量的噪声。基于局部场模型44，表1| InGaAs/InP SPD的P_a和C_（MAX）。T（K）SPDE（%）DCRa（千赫兹）方法Pa@f门控（%）CMAXb（MHz）34.我的超次元帝国29320.95.1门控淬火0.8@10 MHz10Politecnico di Milano22530<6正弦波选通1.5@1300 MHz650225301.37门控淬火4.4@1 MHz1Princeton Lightwave普林斯顿光波233>20<10门控淬火10%@50 MHz50240>10个<30NFAD山东大学2722310<1NFAD AQ<20.4c12.8USTC192534014.5正弦波选通5.5@1250 MHz1250ID Quantique3925323.0476.25门控淬火9.3@1000 MHz50040.第40章大结局29350<416.5正弦波选通7@1000 MHz500日本大学41，4228953.4<1750正弦波选通<1@1270 MHz20上海理工大学4324320 200.9 3.3 2.5门控淬火5.3 100 MHz100 700 10002015.7在700 MHz4.1@1000 MHz云南大学23322.233.7门控淬火6.5@200 kHz0.223335.73.31a暗计数率通过DCR =Cd归一化=P d/τg，单位为kHz（相当于kcps），P d为DCR，单位为每门计数，τg为门控脉冲宽度。B 除非文中特别说明C MAX，否则对于主动淬火，C MAX由文献中的1/τh得到;对于门控淬火，C MAXf g使用滤波方法，C MAXfg/ 2使用SPAD虚拟平衡或自差分。c总后脉冲概率通过对从死区时间结束到激光脉冲周期结束的后脉冲概率密度Pap（t）进行积分来计算审查DOI：芯片|Vol 1 |2022年春季刘，C.，是的，HF. 施，Y.-L. 芯片1，55月11日=∼∼∼=图 4 |Princeton Lightwave的负反馈雪崩二极管（NFAD）。（a）集成薄膜电阻器的俯视图;（b）等效电路。二极管等效阻抗;二极管电容;击穿电压;集成负载电阻;负载电容;偏置电压;开关。 取自参考文献第九章提出了一种基于价带工程的人工优化k值实现低噪声APD的思路。多级阶梯雪崩光电二极管。阶梯雪崩光电探测器的概念诞生于20世纪80年代48，49，其目的是在APD中实现单载流子诱导的碰撞电离和可检测的增益。载波倍增的原理如图7（a）所示。与光电倍增管类似，电子诱导碰撞电离在导带中产生二次电子。没有台阶的价带避免了空穴的碰撞电离，局域化的单载流子碰撞电离过程降低了单个雪崩事件的随机性。早期仅报道了单阶梯APD50实验和蒙特卡罗模拟表明，增益M随着步长N呈指数增长，如图7所示。(a)示出L b为台面加工设计的三步APD结构。交替-生长Al0.7In0.3As0.31Sb0.69和InAs0.91Sb0.09层以形成阶梯区。 如图图7（a）中，增益在高增益下达到约2N。研究了纯电子的过剩噪声因子F（M）与电子的噪声的关系。喷射和倍增层的碰撞电离系数比kF（M）=kM+（1− k）·（2− 1/ M）（4）其中M是增益，k是空穴电离系数与电子电离系数的比率从这个等式中我们可以看出，如果k为0，则F与M成反比，因此低噪声APD的关键是使k尽可能小。硅的k值接近0.01，而InGaAs和InP的k值为0。20岁三比零。40.5，分别，两者均显着较高。典型的Hg_（1-x）Cd_ xTe和InAs具有小的k值，它们的F（M）介于1.1和1.6。然而，目前Hg1-x Cdx Te工作在线性模式以及InAs具有窄的带隙，这导致带间隧穿。据报道，两种四元Sb基材料AlGaAsSb和AlInAsSb具有低k，因此具有低的过量噪声。Ren等人报告了一个非常低的k 0。01-0。05的AlInAsSb p-i-n APD在低Vex下的性能。Kodati等人46个获得K 0。018的Al0.79 In0.21 As0.74 Sb0.26生长在InP衬底上。最近，通过向GaAs中添加少量Bi，成功地将GaAs的空穴电离系数值降低了2至100倍，而电子电离系数保持不变47。 实验结果如图所示。第六章这是一个在-足够的反向偏置电压，而进一步增加的电压导致带间隧穿击穿在InAs0.91 Sb0.09区域。实验结果表明，当k为0时，多阶阶梯APD的噪声功率比传统APD低约50倍，比相同增益的光电倍增管低约30倍。这一结果表明，多级阶跃设计是非常有前途的提高信噪比和改善目前的APD的性能。具有自猝灭和自恢复的SPAD。SPAD具有自猝灭和自恢复特性，可以消除猝灭电路，在实际应用中具有这样的SPAD已经由Zhao等人开发。图54-57基于瞬态载流子缓冲区（TCB）区域。TCB-SPAD使用InGaAsP的空穴势垒来收集InAlAs倍增区中产生的“热”空穴（图8（a））。因此，由于空穴在InGaAsP/InAlAs界面处的累积所引起的场屏蔽，倍增区域中的电场减小，并且因此雪崩电流被猝灭（自猝灭）。其次是TCB-SPAD在界面处刚刚积累的载流子通过热离子发射和隧穿从势阱中逃逸，InAlAs倍增层中的电场设计与交流--图 5|正弦波选通单光子探测原理。GPQC，门控无源猝灭电路; BEF，带阻滤波器。 取自参考文献 31号。审查DOI：芯片|Vol 1 |2022年春季刘，C.，是的，HF. 施，Y.-L. 芯片1，56月11日×图 6|GaAsBi的电离系数（a）电子电离系数α与反电场的关系，插图显示了反电场为3× 10 −6 cm/V时α与Bi含量的关系;（b）空穴电离系数β与反电场的关系。取自参考文献第四十六章。图 7|（a）阶梯式APD的能带图，显示了阶梯区域中的局部载流子倍增;（b）在300 k下一阶、二阶和三阶APD的测量和Monte Carlo模拟;（c）三阶AlInAsSb阶梯式APD的台面层结构。 取自参考文献 五十三TCB层的精确生长控制对于自猝灭和自恢复功能是至关重要的InSe/BP范德华异质结雪崩二极管。黑磷（BP）是一种在室温下稳定的层状磷晶体异构体。实验表明，用类似于石墨烯剥离。其直接带隙可以通过改变层58最近，Wang的小组报告了纳米级垂直InSe/BP范德华异质结中的弹道雪崩现象。第九章示出了它们的InSe/BP APD在10 K下的光电流响应和倍增增益。图10中的蓝线显示，当反向偏置电压超过4 V时，倍增增益超过3× 10× 4。他们将这种弹道雪崩效应解释为具有ver-ballastic传输的结果审查DOI：芯片|Vol 1 |2022年春季刘，C.，是的，HF. 施，Y.-L. 芯片1，57月11日∼××××图8|（a）以InAlAs作为倍增区的TCB-SPAD层结构的示意图;（b）TCB-SPAD的操作概念，其示出了自猝灭和自恢复过程。取自参考文献 54号图9|在T = 10 K时，用30 μW，4 μm波长的激光辐照InSe/BP APD的光响应和倍增因子。取自参考文献 64岁在InSe/BP异质结中的强层间耦合提供的理论迁移率。该器件具有三个不同于传统雪崩二极管的重要特征。首先，这种新的雪崩现象具有小的VBD，并且该器件在击穿模式下具有优异的可重复性。其次，InSe/BP APD具有优异的超低雪崩噪声，归一化噪声功率谱密度具有完美的1/ f形状。最后，实验结果表明，该器件的雪崩击穿温度系数为正值。显示了InSe/BP APD的I-V曲线随温度的变化（图10 （ a ） ） ， 以 及 雪 崩 击 穿 电 压 和 增 益 随温 度 的变化（ 图10（b））。 10（b））。可以看出，击穿电压随着温度的增加而增加（40 K-180K）。锗硅APD 锗是另一种在室温下截止波长大于1800 nm的材料。与InGaAs/InP相比，它具有更好的后脉冲性能，这有利于量子效率的提高。需要高计数率的通信65根据Vines等人的说法，他们的平面Ge-on-SiSPAD68实现了比商用InGaAs/InP SPAD更高的CMAX，因为其τh较低，降低了约50%至70%。然而，它们的缺点是暗计数率高。在早期的报告69，70中，当单光子探测效率约为10%时，DCR经常超过106 Hz还报道了旨在降低DCR的优化研究;在参考文献67中，通过使用集成波导耦合Ge-on-Si横向SPAD，在1310 nm波长处获得了5.27%和534 kHz的DCRASIC集成淬火电路。2007年首次报道了专用集成电路（ASIC）在主动淬火中的应用71，72.互补近年来，有报道称，全集成SPD的最大计数率为100 MHz 73，74。75- 78实现了与Si基SPD相当的35 ns的死时间，对于10%的单光子探测效率，后脉冲概率仅为约10%。SPAD焦平面阵列。得益于读出集成电路技术的早期积累，盖革模式InGaAs/InP焦平面阵列（FPA）得到了快速发展和商业应用。一些主要的研究者包括普林斯顿光波79图11示出了来自普林斯顿光波公司的SPAD焦平面的结构。早在2011年，他们就报道生产了间距为100 μm的32 32像素和间距为50μm的128 32像素的InGaAs/InP SPAD FPA，用于三维（3D）成像，前者工作在186 kHz帧速率79。麻省理工学院在设计SPAD FPA的读出集成电路方面拥有强大的专业知识。它们的InGaAsP/ InP FPA的尺寸从4 4 到256 128像素87，88。意大利米兰理工大学的研究团队使用金属化沟槽来抑制从像素到像素90的光学串扰，并将总阵列串扰从88%降低到37%。中国电子科技集团公司第四十四研究所报告了8× 8和32× 32阵列In-审查DOI：芯片|Vol 1 |2022年春季刘，C.，是的，HF. 施，Y.-L. 芯片1，58月11日×图10|研究了InSe/BP异质结的击穿电压和增益随T. (a)不同温度下的半对数电流I-V曲线;（b）雪崩阈值电压和增益随温度的变化。取自参考文献 64岁图 11|普林斯顿光波盖革模式APD FPA的原理图设计。 取自参考文献第84条。表2|近年来报道的FPA的单光子性能（2014-2019）。128 ×32第44研究所a91235 8× 8 19.5@1550 nm 32.5 465 2a中国电子科技集团公司第四十四研究所GaAsP/ InP FPA并在2015年和2016年进行了1550 nm激光照明成像实验，分别为91，92。焦平面像素间距为150μm，通过电感耦合等离子体刻蚀隔离槽和在N极沉积大面积金属层来抑制串扰平均SPDE为19.5%，平均DCR32.5在235 K下实现了kHz，并获得了距离为730 m的目标的清晰图像。显示了近年来报道的各种InGaAs/InP FPA的性能。1550NM近红外SPDS到目前为止，近红外SPD在量子保密通信、激光雷达系统、自主车辆控制和深空探测等方面都有着广阔的应用前景。 Albota等人 在麻省理工学院林肯实验室Ratorial最近报道了一种先进的机载LiDAR系统89，93，该系统使用在1064 nm处工作的256 64像素InGaAs/InP SPAD FPA，以在地面以上2.3 km的高度处超过150 km2国内的一些研究机构，如上海技术物理研究所94，中国电子科技大学第三十八研究所95、96，华东师范大学97，中国科学技术大学98、99等，分别研制了采用InGaAs/InP SPD的激光雷达系统中国科学技术大学报道的紧凑型同轴单光子激光雷达系统采用时域滤波方法抑制噪声;成功展示了201.5 km距离目标的主动三维成像这些结果是实现低功耗、超远程LiDAR系统的重要一步此外，与900 nm相比，>1400 nm的波长被称为人眼安全带，这意味着1550 nm Li-DAR可以使用更高功率的激光源。这一优势是--T（K）格式（像素）平均SPDE（%）平均DCR（kHz）定时抖动（ps）帧速率（kHz）普林斯顿光波公司麻省理工学院林肯实验室88，8924827332 ×32256 ×6419.7 1550 nm17.910100400∼185∼115∼150审查DOI：芯片|Vol 1 |2022年春季刘，C.，是的，HF. 施，Y.-L. 芯片1，59月11日×∼将自动驾驶车辆中LiDAR的探测距离从100米直接增加到200米以上。Princeton Lightwave报道了基于其128 32 InGaAs/InP盖革模式FPA的原型LiDAR，使用该原型LiDAR在大于200 m100的距离处获得高角分辨率（2 mrad）3D图像。<将1550 nm传感器与调频连续波测距技术相结合最近已成为一种趋势，一些研究机构和公司已经推出了他们的LiDAR系统101这些系统在探测距离和精度方面取得了令人兴奋的进步。非视线成像104-最近，中国科学技术大学的Pan他们的探测系统工作在1550.2 nm，使用小型InGaAs/InP SPD接收总衰减接近160 dB的这些报道表明，InGaAs/InP单光子探测器在广泛的应用中具有巨大的潜力。结论到目前为止，InGaAs/InP SPAD仍然是固态近红外SPD的最佳选择之一，当考虑到诸如近室温操作、小型化和可接受的成本等因素时得益于ASIC和高频正弦波淬灭电路技术，以及负反馈、自淬灭、自恢复等集成功能，InGaAs/InP SPAD和焦平面阵列都取得了快速发展。进一步降低噪声和后脉冲将是一个不断的研究课题。具有低k值的新型材料，以及基于能量工程或创新输运原理的倍增机制，将为近红外SPD的进一步优化和发展增添新的动力和前景。引用1. 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