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单光子探测器
资料介绍
一、基本概念与工作原理
单光子探测器（Single-Photon Avalanche Diode，SPAD）是一种能够实现单个光子级别光信号探测的半导体器件，其核心原理基于盖革模式（Geiger Mode）下的雪崩倍增效应。当反向偏压施加于PN结并超过其击穿电压时，耗尽区会形成强电场。此时单个光子入射产生的电子-空穴对在强电场中获得足够能量，通过碰撞电离引发自持式雪崩过程，输出可探测的电脉冲信号。
关键工作特性包括：
· 光子计数能力：可分辨单个光子事件，量子效率（QE）通常在紫外至近红外波段达到20%-80%
· 时间分辨率：皮秒（ps）级时间抖动，典型值50-200 ps
· 死时间：雪崩淬灭后恢复探测能力的时间，范围从几十纳秒到微秒量级
二、核心结构与分类
1. 基本结构组成
SPAD芯片主要由以下部分构成：
· 光敏雪崩二极管：采用Si、InGaAs/InP等材料体系，形成高电场耗尽区
· 淬灭电路：分为被动淬灭（RC电路）和主动淬灭（高速晶体管）两种类型
· 读出电路：包括前置放大、脉冲整形及时序控制模块
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