據麥姆斯咨詢報道，近日，面向CMOS短波紅外（SWIR）傳感和成像應用的GeSi（鍺硅）光子學技術領導者Artilux宣布，其研究團隊在推進短波紅外GeSi單光子雪崩二極管（SPAD）技術方面取得了突破，并被世界最負盛名的科學期刊之一《自然（Nature）》認可并發表。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在室溫下實現蓋革模式工作，而在過去僅限于在低于200K的低溫下工作。《自然（Nature）》嚴格的同行評審程序確保了只有最高水平和最廣泛興趣的研究才會被發表，而該論文在《自然（Nature）》上的發表是Artilux在基于CMOS的短波紅外傳感和成像領域展現自己領先地位的又一個關鍵標志。

探測單個光子的能力推動了許多研究領域的發展。盡管已經開發出了各種類型的單光子探測器，但由于兩個主要限制因素：（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，并已用于消費電子產品（例如智能手機）。隨著將工作波長從近紅外轉換為短波長紅外，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，因為硅材料無法有效響應波長超過1?μm的光。

這項由Artilux首席技術官（CTO）Neil Na博士領導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數量級。該論文展示了GeSi SPAD的關鍵參數，包括暗計數率（19?kHz?μm?2）、短波紅外光譜（1310?nm）下的單光子檢測概率（12%）、時間抖動（188ps）、脈沖后特征時間（~90?ns），以及在低擊穿電壓和小過量偏壓下的脈沖后概率（<1%）。作為概念驗證，Artilux使用基于GeSi SPAD的dToF（直接飛行時間）技術捕獲了三維點云圖像。Neil Na博士說：“當我們開始這個項目時，文獻中有壓倒性的證據表明，GeSi SPAD的室溫工作根本不可能，我為我們的團隊克服重重困難將科學研究變成商業現實感到驕傲。”

這一突破為CMOS光子學樹立了一個新的里程碑。單光子敏感短波紅外探測器、成像器和集成光路的潛在部署將開啟ToF傳感器和成像器、激光雷達（LiDAR）、生物光子學、量子計算和通信、人工智能（AI）、機器人等領域的關鍵應用。Artilux將繼續其在CMOS光子學技術領域保持領先地位，旨在進一步為科學界和光子學行業做出自己的貢獻。

審核編輯：劉清