[發(fā)明專利]一種硅基單光子探測(cè)器的淬滅與恢復(fù)電路及其控制方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202210043656.6
• 申請(qǐng)日: 2022-01-14
• 公開（公告）號(hào): CN114337631A
• 公開（公告）日: 2022-04-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 唐遵烈;馬華平;鄧光平;郭安然;黃建;張洪博
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國電子科技集團(tuán)公司第四十四研究所
• 主分類號(hào): H03K17/687
• 分類號(hào): H03K17/687;H03K17/042;G01J11/00
• 代理公司: 重慶樂泰知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 50221
• 代理人: 張麗楠

本發(fā)明公開了一種硅基單光子探測(cè)器的淬滅與恢復(fù)電路及其控制方法，具有一總輸入端和總輸出端，所述硅基單光子探測(cè)器的淬滅與恢復(fù)電路包括一偏壓電源、一高速驅(qū)動(dòng)器、一負(fù)偏差鉗位子電路、一PMOS管和一NMOS管，可在總輸出端產(chǎn)生一大電壓脈沖信號(hào)，用于提高硅基單光子探測(cè)器的探測(cè)效率，并且，NMOS管和PMOS管輪流交替工作，使整個(gè)淬滅與恢復(fù)電路具有較低的靜態(tài)功耗，從而延長(zhǎng)使用壽命，并且獲得的較快的開關(guān)速度以及較短的開啟和關(guān)斷時(shí)間有利于降低暗計(jì)數(shù)以及探測(cè)死區(qū)時(shí)間以及提高硅基單光子探測(cè)器的計(jì)數(shù)率，可適用于門控模式和主動(dòng)模式的硅基單光子探測(cè)器的淬滅與恢復(fù)，通用性較強(qiáng)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及光電探測(cè)器技術(shù)領(lǐng)域，具體公開了一種硅基單光子探測(cè)器的淬滅與恢復(fù)電路及其控制方法。

背景技術(shù)

硅單光子探測(cè)器相對(duì)銦鎵砷單光子探測(cè)器具有暗計(jì)數(shù)率低、探測(cè)死時(shí)間短等優(yōu)點(diǎn)，但器件結(jié)構(gòu)及采用的工藝決定了近紅外硅單光子探測(cè)器的擊穿電壓V_BR多則幾百上千伏，這也意味著其要實(shí)現(xiàn)較高的近紅外單光子探測(cè)效率，需加比擊穿電壓高幾十伏的電壓。但持續(xù)加遠(yuǎn)高于器件擊穿電壓V_BR的電壓，器件持續(xù)的大功耗又極容易導(dǎo)致器件損壞。因此，單光子探測(cè)器需結(jié)合相應(yīng)的淬滅與恢復(fù)電路才能實(shí)現(xiàn)單光子探測(cè)能力的同時(shí)延長(zhǎng)器件壽命。

單光子探測(cè)器的工作模式有被動(dòng)模式、主動(dòng)模式及門控模式，被動(dòng)模式由于恢復(fù)時(shí)間過長(zhǎng)，導(dǎo)致計(jì)數(shù)率難以提高限制了其應(yīng)用，主動(dòng)模式及門控模式是實(shí)現(xiàn)單光子探測(cè)的兩種常用方式。門控模式主要應(yīng)用于光子到達(dá)時(shí)間已知的單光子探測(cè)中，主動(dòng)模式主要應(yīng)用于光子到達(dá)時(shí)間不可預(yù)測(cè)的單光子探測(cè)中。

但單就硅基單光子探測(cè)器主動(dòng)模式及門控模式淬滅與恢復(fù)電路的開發(fā)，兩者有相同的目標(biāo)，即如何既能產(chǎn)生比硅基單光子探測(cè)器擊穿電壓更高的偏壓以提高探測(cè)效率又能產(chǎn)生比硅基單光子探測(cè)器擊穿電壓更低的偏壓以讓雪崩狀態(tài)停止延長(zhǎng)壽命，且能盡可能縮短兩種不同偏壓之間的切換時(shí)間以降低暗計(jì)數(shù)、后脈沖及探測(cè)死時(shí)間。

目前，基于MOSFET實(shí)現(xiàn)淬滅與恢復(fù)的電路通常應(yīng)用P溝道MOSFET或N溝道MOSFET的一種，且多為N溝道MOSFET，但只用一種溝道的MOSFET，由于需接上拉或下拉電阻才能實(shí)現(xiàn)高低電壓切換，電阻過小，較大的壓降形成的瞬態(tài)大電流會(huì)導(dǎo)致功耗很大且長(zhǎng)時(shí)間大電壓、大電流開關(guān)動(dòng)作容易損壞MOSFET；電阻過大，由于RC時(shí)間常數(shù)大，無法同時(shí)滿足過偏壓開啟和關(guān)斷時(shí)間都較短，開發(fā)的單光子探測(cè)組件計(jì)數(shù)率也很難進(jìn)一步提高。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種硅基單光子探測(cè)器的淬滅與恢復(fù)電路及其控制方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)中通過接入上拉或下拉電阻實(shí)現(xiàn)高低電壓切換時(shí)因電阻過小，較大的壓降形成瞬態(tài)大電流導(dǎo)致功耗大造成MOSFET損壞，或因電阻過大，RC時(shí)間常數(shù)大無法同時(shí)滿足過偏壓開啟時(shí)間和關(guān)斷時(shí)間短導(dǎo)致硅基單光子探測(cè)器計(jì)數(shù)率低的問題。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的第一方面提供一種硅基單光子探測(cè)器的淬滅與恢復(fù)電路，具有一總輸入端和總輸出端，其特征在于，包括一偏壓電源、一高速驅(qū)動(dòng)器、一負(fù)偏差鉗位子電路、一PMOS管和一NMOS管，所述高速驅(qū)動(dòng)器的輸入端為所述總輸入端，所述負(fù)偏差鉗位子電路具有一與所述偏壓電源的輸出端電連接的第一端、一與所述高速驅(qū)動(dòng)器的輸出端電連接的第二端以及一與所述PMOS管的柵極電連接的第三端，所述負(fù)偏差鉗位子電路的第一端還與所述PMOS管的源極電連接，所述PMOS管的漏極通過一第一電阻與所述NMOS管的漏極電連接，且所述總輸出端形成于所述NMOS管的漏極，所述負(fù)偏差鉗位子電路的第二端還與所述NMOS管的柵極電連接，所述NMOS管的柵極通過一第二電阻接地，所述NMOS管的源極接地。