Pa mor bwysig yw cyflymder ymateb deuodau mewn offer diagnostig optegol?

1, Egwyddor dechnegol: Hanfod ffisegol cyflymder ymateb
Yn ei hanfod, mae cyflymder ymateb deuod yn adlewyrchiad cynhwysfawr o brosesau cynhyrchu, trosglwyddo ac ailgyfuno cludwyr gwefr a gynhyrchir gan luniau. Pan fydd egni'r ffoton yn fwy na lled bandgap y deunydd lled-ddargludyddion, mae electronau band falens yn trosglwyddo i'r band dargludiad i ffurfio parau tyllau electronau, gan gynhyrchu ffotogyfrwng o dan weithred y maes trydan adeiledig. Mae'r broses hon yn cynnwys tri pharamedr amser allweddol:

Amser cynhyrchu cludwr: Oherwydd dylanwad cyfernod amsugno deunydd, gall deunyddiau bandgap uniongyrchol fel gallium arsenide (GaAs) gwblhau amsugno ffoton a chynhyrchu cludwyr mewn picoseconds, tra bod angen nanoseconds ar ddeunyddiau bandgap anuniongyrchol fel silicon.
Amser cludo cludwr: Mae deuodau PIN yn byrhau'r llwybr cludo cludwr i'r lefel micromedr trwy optimeiddio'r trwch haen gynhenid, a gyda deunyddiau symudedd electron uchel fel InP ffosffid indium, gellir rheoli'r amser cludo o fewn 10ps.
Effaith capacitance Cyffordd: Bydd cynhwysedd parasitig y deuod yn ffurfio oedi RC. Trwy ddefnyddio strwythur heterojunction a thechnoleg goddefiad arwyneb, gellir lleihau cynhwysedd y gyffordd i lai na 0.1pF, gan wella'n sylweddol y gallu ymateb amledd uchel.
Gan gymryd cymhwyso osgilosgop Tektronix mewn profion lidar fel enghraifft, gall ei ffotodiod eirlithriad (APD) gyflawni amser ymateb o 0.5ns ar donfedd 1550nm trwy fecanwaith enillion mewnol, a gall ddal yn gywir amser baglu pwls laser nanosecond gyda 20ns lled band osgilosgop i sicrhau cywirdeb y system centosgop gyrru, er mwyn sicrhau cywirdeb lefel y canmedr gyrru o fewn canilosgop y system gyrru. 200m o bellter.

2, Senario cais: Mae cyflymder yn pennu effeithlonrwydd system
1. profi awtomeiddio diwydiannol
Wrth ganfod diffygion arwyneb cynhyrchion 3C, mae'r camera CCD llinol yn defnyddio arae ffotodiode InGaAs gydag amser ymateb o 2ns, ynghyd ag amlder sganio llinell 100kHz, i gwblhau adnabyddiaeth nam ar lefel micromedr o baneli maint A4 o fewn 0.1 eiliad. Mae cwmni pecynnu lled-ddargludyddion wedi uwchraddio ei drwybwn canfod wafferi o 300 wafferi yr awr i 800 wafferi yr awr trwy uwchraddio i synhwyrydd APD ymatebol 0.5ns, gan arwain at gynnydd o 37% yn effeithlonrwydd offer cyffredinol (OEE).

2. diagnosis delweddu meddygol
Mewn offer OCT (Tomograffeg Cydlyniad Optegol), mae'r synhwyrydd cytbwys yn mabwysiadu strwythur gwahaniaethol deuod PIN deuol, gan gyflawni datrysiad echelinol 15 μm ar donfedd o 1310nm gydag amser ymateb o 0.3ns. Ar ôl uwchraddio system OCT offthalmig, gellir gwahaniaethu'n glir strwythur deg haen y retina, sy'n gwella cywirdeb diagnosis cynnar retinopathi diabetes o 78% i 92%.

3. System gyfathrebu laser
Mewn modiwl optegol 100Gbps, mae deuod PIN wedi'i gyfuno â mwyhadur trawsyrru (TIA) yn cyflawni amser ymateb o 0.8ns ar donfedd o 1550nm, gan sicrhau bod gradd agor a chau llygaid yn fwy na 80% a bod y gyfradd gwallau did (BER) yn well na 10 ⁻¹ ². Mae canolfan ddata wedi defnyddio'r dechnoleg hon i gynyddu'r gallu trosglwyddo ffibr sengl o 40Tbps i 100Tbps, gan leihau'r defnydd o ynni did uned 42%.

4. maes monitro amgylcheddol
Yn y system canfod atmosfferig LIDAR, defnyddir arae APD ag amser ymateb o 0.2ns, ynghyd â chorbys laser 532nm, i fonitro dosbarthiad crynodiad aerosol mewn-amser real o fewn ystod uchder o 20km. Ar ôl uwchraddio ei offer, estynnodd adran meteorolegol yr amser rhagfynegi PM2.5 o 6 awr i 24 awr, gan gynyddu cywirdeb y rhagolwg 18 pwynt canran.

3, Optimeiddio perfformiad: datblygiadau technolegol aml-ddimensiwn
1. arloesi materol
Mae deuodau sy'n seiliedig ar Gallium nitride (GaN) yn cyflawni ymateb 0.1ns ar donfedd o 405nm, sydd bum gwaith yn uwch na deunyddiau GaAs traddodiadol. Maent wedi'u cymhwyso mewn pennau darllen DVD golau glas a chyfathrebu laser tanddwr.
Mae deunyddiau dot cwantwm yn ehangu ystod tonfedd ymateb deuod i 300-2000nm trwy addasu lled y bandgap, gan fodloni gofynion diagnosis aml-sbectrol.

2. Optimeiddio strwythurol
Mae'r strwythur plasmon wedi'i wella ar yr wyneb yn gwella effeithlonrwydd trosi ffotodrydanol 30% trwy effaith gwella cae lleoledig nanoronynnau metel, tra'n cynnal cyflymder ymateb o 0.5ns.
Mae technoleg integreiddio 3D yn pentyrru deuodau gyda sglodion TIA yn fertigol, gan leihau cynhwysedd parasitig 60% a chyflawni lled band ymateb modiwl sy'n fwy na 30GHz.

3. Gwella prosesau
Gall technoleg epitacsi pelydr moleciwlaidd (MBE) reoli'r gwaith o baratoi haenau lled-ddargludyddion gyda gwastadrwydd lefel atomig, gan leihau cerrynt tywyll i 0.1nA a gwella'r gymhareb sŵn i signal o 20dB.
Mae technoleg ysgythru ïon adweithiol dwfn (DRIE) yn cyflawni prosesu strwythurol ar raddfa ficro, gan leihau cynhwysedd cyffordd deuod i 0.05pF a gwella nodweddion amledd uchel yn sylweddol.