據(jù)麥姆斯咨詢報(bào)道，近日，面向CMOS短波紅外（SWIR）傳感和成像應(yīng)用的GeSi（鍺硅）光子學(xué)技術(shù)領(lǐng)導(dǎo)者Artilux宣布，其研究團(tuán)隊(duì)在推進(jìn)短波紅外GeSi單光子雪崩二極管（SPAD）技術(shù)方面取得了突破，并被世界最負(fù)盛名的科學(xué)期刊之一《自然（Nature）》認(rèn)可并發(fā)表。這篇題為“Room temperature operation of germanium-silicon single-photon avalanche diode”的論文介紹了高性能GeSi SPAD在室溫下實(shí)現(xiàn)蓋革模式工作，而在過(guò)去僅限于在低于200K的低溫下工作。《自然（Nature）》嚴(yán)格的同行評(píng)審程序確保了只有最高水平和最廣泛興趣的研究才會(huì)被發(fā)表，而該論文在《自然（Nature）》上的發(fā)表是Artilux在基于CMOS的短波紅外傳感和成像領(lǐng)域展現(xiàn)自己領(lǐng)先地位的又一個(gè)關(guān)鍵標(biāo)志。

探測(cè)單個(gè)光子的能力推動(dòng)了許多研究領(lǐng)域的發(fā)展。盡管已經(jīng)開(kāi)發(fā)出了各種類型的單光子探測(cè)器，但由于兩個(gè)主要限制因素：（1）需要在低溫下工作；（2）與CMOS制造工藝不兼容，造成目前只有硅基單光子雪崩二極管（Si SPAD）獲得了主流成功，并已用于消費(fèi)電子產(chǎn)品（例如智能手機(jī)）。隨著將工作波長(zhǎng)從近紅外轉(zhuǎn)換為短波長(zhǎng)紅外，以獲得更好的安全性和性能提升，需要一種替代的解決方案，因?yàn)楣璨牧蠠o(wú)法有效響應(yīng)波長(zhǎng)超過(guò)1?μm的光。

這項(xiàng)由Artilux首席技術(shù)官（CTO）Neil Na博士領(lǐng)導(dǎo)的研究工作公布了一種在室溫和高溫下工作的CMOS兼容GeSi SPAD，其噪聲等效功率比之前展示的基于Ge的SPAD提高了2–3.5數(shù)量級(jí)。該論文展示了GeSi SPAD的關(guān)鍵參數(shù)，包括暗計(jì)數(shù)率（19?kHz?μm?2）、短波紅外光譜（1310?nm）下的單光子檢測(cè)概率（12%）、時(shí)間抖動(dòng)（188ps）、脈沖后特征時(shí)間（~90?ns），以及在低擊穿電壓和小過(guò)量偏壓下的脈沖后概率（<1%）。作為概念驗(yàn)證，Artilux使用基于GeSi SPAD的dToF（直接飛行時(shí)間）技術(shù)捕獲了三維點(diǎn)云圖像。Neil Na博士說(shuō)：“當(dāng)我們開(kāi)始這個(gè)項(xiàng)目時(shí)，文獻(xiàn)中有壓倒性的證據(jù)表明，GeSi SPAD的室溫工作根本不可能，我為我們的團(tuán)隊(duì)克服重重困難將科學(xué)研究變成商業(yè)現(xiàn)實(shí)感到驕傲。”

這一突破為CMOS光子學(xué)樹(shù)立了一個(gè)新的里程碑。單光子敏感短波紅外探測(cè)器、成像器和集成光路的潛在部署將開(kāi)啟ToF傳感器和成像器、激光雷達(dá)（LiDAR）、生物光子學(xué)、量子計(jì)算和通信、人工智能（AI）、機(jī)器人等領(lǐng)域的關(guān)鍵應(yīng)用。Artilux將繼續(xù)其在CMOS光子學(xué)技術(shù)領(lǐng)域保持領(lǐng)先地位，旨在進(jìn)一步為科學(xué)界和光子學(xué)行業(yè)做出自己的貢獻(xiàn)。

審核編輯：劉清