[發明專利]一種集成制冷和光纖的紅外單光子探測器真空封裝結構

在審

• 申請號: 202110272437.0
• 申請日: 2021-03-12
• 公開（公告）號: CN113035967A
• 公開（公告）日: 2021-06-25
• 發明（設計）人: 張義榮;鄧仕杰
• 申請（專利權）人: 傳周半導體科技（上海）有限公司
• 主分類號: H01L31/0203
• 分類號: H01L31/0203;H01L31/024;H01L31/0232;G02B6/42
• 代理公司: 北京久維律師事務所 11582
• 代理人: 邢江峰

1.一種集成制冷和光纖的紅外單光子探測器真空封裝結構，由紅外單光子雪崩光電二極管(1)、半導體制冷片(2)、管殼(3)、管腳(4)、散熱底殼(5)、可調焦距透鏡(6)、光纖(7)、光纖轉接器(8)、封裝空腔(9)和光纖接頭(10)組成；所述系統中管殼(3)和散熱底殼(5)緊密連接在一起，兩者密封后通過真空處理使封裝空腔(9)內形成真空環境；紅外單光子雪崩光電二極管(1)貼附在半導體制冷片(2)的冷端，半導體制冷片(2)為紅外單光子雪崩光電二極管(1)提供工作運行所需的低溫條件，半導體制冷片(2)的熱端貼附在散熱底殼(5)上，半導體制冷片(2)將熱量傳遞到散熱底殼(5)來進行散熱；紅外單光子雪崩光電二極管(1)和半導體制冷片的陰極和陽極通過鍵合金絲連接到管腳(4)以便與外部驅動電路連接；光纖轉接器8一端固定有光纖(7)，另一端與管殼(3)的頂部連接，其內部安裝可調焦距透鏡(6)；紅外入射光通過光纖連接器8耦合到光纖(7)，經過光纖(7)傳輸到可調焦距透鏡(6)，可調焦距透鏡(6)將光纖(7)輸出的紅外光聚焦到紅外單光子雪崩光電二極管(1)的表面。

2.根據權利要求1所述的集成制冷和光纖的紅外單光子探測器真空封裝結構，其特征是：紅外單光子雪崩光電二極管(1)是最大探測效率集中在1550nm波段的單光子雪崩光電二極管材料可是基于鍺(Germanium)，銦鎵砷(InGaAs)或者銦鎵砷/磷化銦(InGaAs/InP)的任何一種；半導體制冷片(2)一面為吸收熱量溫度下降的冷面，一面為釋放熱量溫度上升的熱面，紅外單光子雪崩光電二極管(1)的光敏面朝上，底面與半導體制冷片(2)的冷面連接；當半導體制冷片(2)工作時，冷面會將紅外單光子雪崩光電二極管(1)的溫度降低到零下，低溫能降低紅外單光子雪崩光電二極管(1)的噪聲。

3.根據權利要求1所述的集成制冷和光纖的紅外單光子探測器真空封裝結構，其特征是：管殼(3)整體呈圓柱結構，頂部連接光纖轉接器(8)，呈圓環狀的底部與散熱底殼密封連接，封裝空腔(9)內部進行真空處理，防止半導體制冷片(2)制冷時封裝空腔(9)內有冷凝水產生，同時真空可以降低封裝內的對流熱損失；封裝結構中有4個管腳(4)，分別連接到紅外單光子雪崩光電二極管(1)的陽極和陰極及半導體制冷片(2)的正極和負極，以便于與外部電路的連接。

4.根據權利要求1所述的集成制冷和光纖的紅外單光子探測器真空封裝結構，其特征是：光纖(7)與紅外單光子雪崩光電二極管(1)波段匹配，光纖(7)一端連接光纖轉接器(8)，一端連接光纖接頭(10)；外部光源連接光纖接頭(10)，入射的光通過光纖(7)耦合到可調焦距透鏡(6)的物方焦點。

5.根據權利要求1所述的集成制冷和光纖的紅外單光子探測器真空封裝結構，其特征是：可調焦距透鏡(6)的作用是將光纖(7)輸出的光線匯聚到紅外單光子雪崩光電二極管(1)的感光部分，其焦距不是固定的，是可以在一定范圍內進行調節的；因為不同的紅外單光子探測器具有有不同的感光面積和不同的厚度，當它們被固定在封裝中時，如果可調焦距透鏡(6)的焦距固定，這使得光纖(7)輸出的光線無法全部照射到感光部分，使得封裝的耦合效率降低；只有可調焦距透鏡(6)的焦距能夠可以調節，才可以使得該封裝在面對不同感光面積和不同厚度的紅外單光子探測器(1)時，耦合效率始終能夠達到最大值。