Cik svarīgs ir diožu reakcijas ātrums optiskās diagnostikas iekārtās?

1, Tehniskais princips: reakcijas ātruma fiziskā būtība
Diodes reakcijas ātrums būtībā ir visaptverošs foto ģenerēto lādiņu nesēju ģenerēšanas, pārraides un rekombinācijas procesu atspoguļojums. Kad fotonu enerģija pārsniedz pusvadītāja materiāla joslas platumu, valences joslas elektroni pāriet uz vadīšanas joslu, veidojot elektronu caurumu pārus, ģenerējot fotostrāvu iebūvētā elektriskā lauka iedarbībā. Šis process ietver trīs galvenos laika parametrus:

Nesēja ģenerēšanas laiks: materiāla absorbcijas koeficienta ietekmes dēļ tiešās joslas spraugas materiāli, piemēram, gallija arsenīds (GaAs), var pabeigt fotonu absorbciju un nesēja ģenerēšanu pikosekundēs, savukārt netiešiem joslas spraugas materiāliem, piemēram, silīcijam, ir nepieciešamas nanosekundes.
Nesēja tranzīta laiks: PIN diodes saīsina nesēja transportēšanas ceļu līdz mikrometra līmenim, optimizējot iekšējo slāņa biezumu, un ar augstas elektronu mobilitātes materiāliem, piemēram, indija fosfīda InP, tranzīta laiku var kontrolēt 10 ps laikā.
Savienojuma kapacitātes efekts: Diodes parazitārā kapacitāte veidos RC aizkavi. Izmantojot heterosavienojuma struktūru un virsmas pasivācijas tehnoloģiju, savienojuma kapacitāti var samazināt līdz zem 0,1 pF, ievērojami uzlabojot augstas -frekvences reakcijas spēju.
Piemēram, izmantojot Tektronix osciloskopu Lidar testēšanā, tā lavīnas fotodiode (APD) ar iekšējā pastiprinājuma mehānisma palīdzību var sasniegt 0,5 ns reakcijas laiku pie viļņa garuma 1550 nm, un tā var precīzi uztvert nanosekundes lāzera impulsa apgriezienu laiku, izmantojot 20 GHz lāzera piedziņas sistēmu, lai nodrošinātu joslas platumu. centimetru līmeņa pozicionēšanas precizitāte 200m attālumā.

2. Lietojuma scenārijs: ātrums nosaka sistēmas efektivitāti
1. Rūpnieciskās automatizācijas testēšana
3C izstrādājumu virsmas defektu noteikšanā lineārā CCD kamera izmanto InGaAs fotodiožu bloku ar reakcijas laiku 2ns apvienojumā ar 100kHz līnijas skenēšanas frekvenci, lai pabeigtu A4 izmēra paneļu defektu atpazīšanu mikrometru līmenī 0,1 sekundes laikā. Pusvadītāju iepakošanas uzņēmums ir uzlabojis savu vafeļu noteikšanas caurlaidspēju no 300 vafelēm stundā līdz 800 plāksnēm stundā, jauninot uz 0,5 ns reaģējošu APD sensoru, kā rezultātā kopējā aprīkojuma efektivitāte (OEE) ir palielinājusies par 37%.

2. Medicīniskā attēlveidošanas diagnostika
OCT (optiskās koherences tomogrāfijas) iekārtās līdzsvarotais detektors izmanto divu PIN diožu diferenciālo struktūru, sasniedzot 15 μm aksiālo izšķirtspēju pie viļņa garuma 1310 nm ar reakcijas laiku 0,3 nm. Pēc oftalmoloģiskās OCT sistēmas modernizācijas var skaidri izdalīt tīklenes desmit slāņu struktūru, kas uzlabo diabētiskās retinopātijas agrīnas diagnostikas precizitāti no 78% līdz 92%.

3. Lāzera sakaru sistēma
100 Gbps optiskajā modulī PIN diode apvienojumā ar transimpedances pastiprinātāju (TIA) sasniedz reakcijas laiku 0,8 ns pie viļņa garuma 1550 nm, nodrošinot, ka acs atvēršanas un aizvēršanas pakāpe ir lielāka par 80% un bitu kļūdu līmenis (BER) ir labāks par 10 ². Datu centrs ir izvietojis šo tehnoloģiju, lai palielinātu vienas šķiedras pārraides jaudu no 40Tbps līdz 100Tbps, samazinot vienības bitu enerģijas patēriņu par 42%.

4. Vides monitoringa lauks
Atmosfēras noteikšanas sistēmā LIDAR tiek izmantots APD masīvs ar reakcijas laiku 0,2 nm kopā ar 532 nm lāzera impulsiem, lai uzraudzītu aerosola koncentrācijas sadalījumu reāllaikā 20 km augstuma diapazonā. Pēc aprīkojuma modernizācijas meteoroloģijas nodaļa pagarināja PM2,5 prognozēšanas laiku no 6 stundām uz 24 stundām, palielinot prognozes precizitāti par 18 procentpunktiem.

3, Veiktspējas optimizācija: daudzdimensionāli tehnoloģiskie sasniegumi
1. Materiālā inovācija
Diodes, kuru pamatā ir gallija nitrīds (GaN), sasniedz 0,1 ns reakciju pie viļņa garuma 405 nm, kas ir piecas reizes augstāks nekā tradicionālie GaAs materiāli. Tie ir izmantoti zilās gaismas DVD lasīšanas galviņās un zemūdens lāzersakarībās.
Kvantu punktu materiāli paplašina diodes reakcijas viļņa garuma diapazonu līdz 300-2000 nm, pielāgojot joslas spraugas platumu, atbilstot multispektrālās diagnostikas prasībām.

2. Strukturālā optimizācija
Virsmas plazmona uzlabotā struktūra uzlabo fotoelektriskās konversijas efektivitāti par 30%, izmantojot metāla nanodaļiņu lokalizētu lauka uzlabošanas efektu, vienlaikus saglabājot reakcijas ātrumu 0,5 ns.
3D integrācijas tehnoloģija vertikāli saliek diodes ar TIA mikroshēmām, samazinot parazitāro kapacitāti par 60% un panākot moduļa atbildes joslas platumu, kas pārsniedz 30 GHz.

3. Procesu uzlabošana
Molekulārā stara epitaksijas (MBE) tehnoloģija var kontrolēt pusvadītāju slāņu sagatavošanu ar atomu līdzenumu, samazinot tumšo strāvu līdz 0,1 nA un uzlabojot signāla -pret-trokšņu attiecību par 20 dB.
Dziļi reaktīvā jonu kodināšanas (DRIE) tehnoloģija nodrošina mikro mēroga strukturālo apstrādi, samazinot diodes savienojuma kapacitāti līdz 0,05 pF un ievērojami uzlabojot augstas{1}}frekvences raksturlielumus.