一种SPAD同轴型TO器件及其制作方法技术

本申请公开了一种SPAD同轴型TO器件及其制作方法，涉及同轴型光电器件技术领域，该制作方法包括：将SPAD进行管帽封焊后，安装至耦合焊接平台器件底座，获取SPAD的初始耦光位置；依次在多个预设的对准偏置电压下，通过逐行扫描方式获取每个耦光位置对应光生电流的三维分布，进而得到多个二维截面数据；基于每个对准偏置电压下的多个二维截面数据，获取满足预设条件的对准偏置电压作为初始耦光条件；在初始耦光条件下，当尾纤的入射光线汇聚于有源区几何中心位置、且轴向上汇聚于SPAD芯片吸收层内时，将尾纤和SPAD器件进行焊接，得到SPAD同轴型TO器件。本申请，可有效减小暗计数率，提升相同过偏压下的单光子探测效率。提升相同过偏压下的单光子探测效率。提升相同过偏压下的单光子探测效率。

【技术实现步骤摘要】
一种SPAD同轴型TO器件及其制作方法


[0001]本申请涉及同轴型光电器件
，具体涉及一种SPAD同轴型TO器件及其制作方法。

技术介绍

[0002]目前，单光子雪崩光电二极管(SPAD)在量子保密通信、量子成像、激光雷达、生物医疗及集成电路检测等领域有广泛的应用。当雪崩光电二极管APD进入盖革模式，即外部电路提供反向偏压Vr高于器件的击穿电压Vbr时，器件对极微弱光的瞬时响应电流可达到mA级别，即SPAD具备单光子探测能力。
[0003]单光子探测效率(PDE)是表征SPAD探测能力的重要参数，通常可以通过提高施加在器件两端的过偏压来实现PDE的提高。但是，在热激发、带间隧穿和缺陷辅助隧穿等效应的作用下，暗载流子所引发可自持雪崩所形成的暗计数同样随着过偏压的升高而增大。对于SPAD而言，满足一定PDE前提下的暗计数率是单光子性能核心指标，它决定着单光子雪崩信号的可提取程度。因此，如何降低暗计数率是实现高性能SPAD的关键技术。

技术实现思路

[0004]针对现有技术中存在的缺陷，本申请的目的在于提供一种SPAD同轴型TO器件及其制作方法，以解决相关技术中暗计数率较高的问题。
[0005]本申请第一方面提供一种SPAD同轴型TO器件制作方法，其包括步骤：
[0006]将SPAD进行管帽封焊后，安装至耦合焊接平台器件底座，获取SPAD输出峰值光电流时的位置和角度，作为SPAD的初始耦光位置；
[0007]依次在多个预设的对准偏置电压下，自初始耦光位置，通过逐行扫描方式获取每个耦光位置对应光生电流的三维分布，进而得到沿不同方向面进行截面的多个二维截面数据；上述二维截面数据中，横坐标为对应截面的耦光位置，纵坐标为光生电流值；
[0008]基于每个对准偏置电压下的多个二维截面数据，获取满足预设条件的对准偏置电压作为初始耦光条件；上述预设条件为：光生电流电场均匀且无边缘击穿、以及光生电流在有源区边缘下降速率大于第一速率阈值；
[0009]在上述初始耦光条件下，当尾纤的入射光线汇聚于有源区几何中心位置、且轴向上汇聚于SPAD芯片吸收层内时，将尾纤和SPAD器件进行焊接固定，得到SPAD同轴型TO器件。
[0010]一些实施例中，当二维截面数据中，分别距离两侧有源区边缘等距离位置的两个光生电流的差值绝对值均小于第一差值阈值时，判断光生电流电场均匀。
[0011]一些实施例中，上述三维分布中，以光生电流为Z轴坐标，以耦光位置的行列位置分别为X轴坐标和Y轴坐标，初始耦光位置的X坐标和Y坐标均为0；
[0012]沿不同方向面进行截面的多个二维截面数据包括：
[0013]沿X轴所在方向面截面的二维截面数据、沿Y轴所在方向面截面的二维截面数据、X轴绕Z轴顺时针旋转45
°
后所在方向面截面的二维截面数据、以及Y轴绕Z轴顺时针旋转45
°
后所在方向面截面的二维截面数据。
[0014]一些实施例中，自初始耦光位置，通过逐行扫描方式获取每个耦光位置对应光生电流的三维分布，具体包括：
[0015]耦光位置自原点向X轴负方向调整至光生电流衰减至预设电流值时停止，并以该点为起始点；
[0016]自起始点向X轴正方向以第一步长移动，至光生电流衰减至预设电流值时，向Y轴正方向移动第一步长后，向X轴负方向以第一步长移动，至光生电流再次衰减至预设电流值时，再向Y轴正方向移动第一步长后向X轴正方向以第一步长移动，直至完成Y轴正方向半部分的响应测试；
[0017]自起始点向Y轴负方向移动第一步长；
[0018]向X轴正方向以第一步长移动，至光生电流衰减至预设电流值时，向Y轴负方向移动第一步长后，向X轴负方向以第一步长移动，至光生电流再次衰减至预设电流值时，再向Y轴负方向移动第一步长，直至完成Y轴负方向半部分的响应测试；
[0019]每次移动第一步长时，获取当前耦光位置处的光生电流。
[0020]一些实施例中，当由初始耦光位置到光生电流衰减至预设电流值的各耦光位置距离相同、且任意两个方向上移动单位距离的衰减速率的差值绝对值小于第二差值阈值时，判定尾纤的入射光线汇聚于有源区几何中心位置。
[0021]一些实施例中，当由初始耦光位置到光生电流衰减至预设电流值的各耦光位置距离不同、或任意两个方向上移动单位距离的衰减速率的差值绝对值不小于第二差值阈值时，更新初始耦光条件，并以更新后的初始耦光条件，再次判断尾纤的入射光线是否汇聚于有源区几何中心位置。
[0022]一些实施例中，当尾纤朝靠近SPAD方向移动第二步长时，若光生电流的衰减速率大于第二速率阈值，则以第三步长向远离SPAD的方向移动，直至光生电流与峰值光电流的差值绝对值小于第三差值阈值时，判定入射光线轴向上汇聚于SPAD芯片吸收层内；
[0023]上述第三步长小于第二步长。
[0024]一些实施例中，若光生电流的衰减速率小于或等于第二速率阈值，则继续朝靠近SPAD方向移动第二步长，直至光生电流的衰减速率大于第二速率阈值。
[0025]一些实施例中，上述对准偏置电压根据SPAD的击穿电压设置，且小于上述击穿电压。
[0026]本申请第二方面提供一种SPAD同轴型TO器件，其由上述的制作方法制作得到。
[0027]本申请提供的技术方案带来的有益效果包括：
[0028]本申请的SPAD同轴型TO器件及其制作方法，由于在SPAD进行管帽封焊后，获取初始耦光位置，进而得到满足预设条件的对准偏置电压作为初始耦光条件；随后，在初始耦光条件下，当尾纤的入射光线汇聚于有源区几何中心位置、且轴向上汇聚于SPAD芯片吸收层内时，将尾纤和SPAD器件进行焊接固定，以得到SPAD同轴型TO器件；因此，不仅可精确控制有源区中光生载流子产生位置，从而达到控制电荷持续效应、有效减小暗计数率的目的，还可通过提高耦合效率，提升相同过偏压下的单光子探测效率；同时，可避免由封装引入的产品质量一致性问题，有助于提高器件良率。
附图说明
[0029]为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0030]图1为本申请实施例中制作方法的第一种流程图；
[0031]图2为本申请实施例中不同对准偏置电压下归一化光生电流的分布图；
[0032]图3为本申请实施例中判定焦点在器件外的示意图；
[0033]图4为本申请实施例中判定焦点在器件内的示意图；
[0034]图5为本申请实施例中制作方法的第二种流程图。
具体实施方式
[0035]为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本专利技术，并不用于限本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种SPAD同轴型TO器件制作方法，其特征在于，其包括步骤：将SPAD进行管帽封焊后，安装至耦合焊接平台器件底座，获取SPAD输出峰值光电流时的位置和角度，作为SPAD的初始耦光位置；依次在多个预设的对准偏置电压下，自初始耦光位置，通过逐行扫描方式获取每个耦光位置对应光生电流的三维分布，进而得到沿不同方向面进行截面的多个二维截面数据；所述二维截面数据中，横坐标为对应截面的耦光位置，纵坐标为光生电流值；基于每个对准偏置电压下的多个二维截面数据，获取满足预设条件的对准偏置电压作为初始耦光条件；所述预设条件为：光生电流电场均匀且无边缘击穿、以及光生电流在有源区边缘下降速率大于第一速率阈值；在所述初始耦光条件下，当尾纤的入射光线汇聚于有源区几何中心位置、且轴向上汇聚于SPAD芯片吸收层内时，将尾纤和SPAD器件进行焊接固定，得到SPAD同轴型TO器件。2.如权利要求1所述的SPAD同轴型TO器件制作方法，其特征在于：当二维截面数据中，分别距离两侧有源区边缘等距离位置的两个光生电流的差值绝对值均小于第一差值阈值时，判断光生电流电场均匀。3.如权利要求1所述的SPAD同轴型TO器件制作方法，其特征在于，所述三维分布中，以光生电流为Z轴坐标，以耦光位置的行列位置分别为X轴坐标和Y轴坐标，初始耦光位置的X坐标和Y坐标均为0；沿不同方向面进行截面的多个二维截面数据包括：沿X轴所在方向面截面的二维截面数据、沿Y轴所在方向面截面的二维截面数据、X轴绕Z轴顺时针旋转45
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后所在方向面截面的二维截面数据、以及Y轴绕Z轴顺时针旋转45
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后所在方向面截面的二维截面数据。4.如权利要求3所述的SPAD同轴型TO器件制作方法，其特征在于，自初始耦光位置，通过逐行扫描方式获取每个耦光位置对应光生电流的三维分布，具体包括：耦光位置自原点向X轴负方向调整至光生电流衰减至预设电流值时停止，并以该点为起始点；自起始点向X轴正方向以第一步长移动，至光生电流衰减至预设电流值时，向Y轴正方向移动第一步长后，向X轴负方向...

【专利技术属性】
技术研发人员：熊祎灵，于华伟，曾磊，
申请(专利权)人：武汉光谷量子技术有限公司，
类型：发明
国别省市：