德国硅单光子雪崩二极管的室温运行

单光子探测能力已推动了诸多研究领域的发展。尽管已开发出各种类型的单光子探测器，但由于存在两个主要因素——即 (1) 需在低温环境下运行和 (2) 与互补金属-氧化物-半导体 (CMOS) 制造工艺的不兼容——迄今为之，仅 Si 基单光子雪崩二极管 (SPAD) 获得了主流成功并被用于消费电子产品。随着将操作波长从近红外推进至短波长红外 (SWIR) 以获得更好的安全性和性能的需求，由于 Si 对于超过 1 $\mu$m 的波长几乎没有光吸收，已需要另一种解决方案。本文报道了一种兼容 CMOS 的高性能德国硅 SPAD，可在室温下运行，较以往基于德国硅的 SPAD 其噪声等效功率提高了 2-3.5 个数量级。关键参数包括暗计数率、1310 nm 单光子探测概率、时序抖动、后脉冲特性时间和后脉冲概率，分别为 19 kHz $\mu$m$^2$、12%、188 ps、~90 ns 和 <1%，低崩溃电压为 10.26 V，额外偏置仅 0.75 V。使用直接时间位移技术捕获三维点云图像作为概念验证。本工作为在日常生活中使用单光子敏感 SWIR 传感器、成像器和光子集成电路铺平了道路。