一种基于声表面波动态调控的单光子探测器的制作方法

本发明涉及一种基于声表面波技术动态调控的单光子探测器，属于光电探测。

背景技术：

1、单光子探测器是一种能够响应单个光子能量的超灵敏光电转换器件，在量子通信、荧光寿命显微成像、大规模集成电路检测等领域具有重要应用。传统基于单光子雪崩二极管(spad)的单光子探测器通过在半导体结区施加高于击穿电压的反向偏压(该模式称为盖革模式)，利用载流子雪崩倍增效应放大单光子信号。例如，ingaas/inp spad在盖革模式下吸收光子后，在吸收层产生的光子激发载流子会在电场影响下进入到倍增层触发雪崩电流，形成宏观脉冲，此时通过电极可以探测到明显的电流。传统单光子探测器通常依赖雪崩效应产生的载流子在静态电场运输实现单光子响应，但其性能受限于暗电流抑制能力、调控灵活性不足等问题。

2、声表面波器件是一种基于压电材料特性的电子元件，其工作原理核心在于通过电信号与机械声波的相互转换实现信号处理。当交变电信号施加到器件的叉指换能器(idt)时，压电材料(如石英或铌酸锂)因逆压电效应产生周期性机械形变，从而在材料表面激发沿特定方向传播的声表面波(瑞利波)，其能量集中于表面以下约一个波长的深度内，传播速度通常为3000至5000米/秒。该声波在传播过程中会携带同样周期变化的应力场与压电场。声波在传播过程中若遇到反射栅或另一组idt，会通过正压电效应重新转换为电信号。声波的频率由idt电极的间距(波长)和材料声速决定，公式为f＝v/λ，其中v为声速，λ为电极周期。

技术实现思路

1、鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于通过引入声表面波产生的动态压电场，实现对单光子探测器电场分布和载流子运输的动态灵活调控以控制暗电流。

2、为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供的技术方案如下。

3、该技术融合了声表面波器件和单光子雪崩二极管器件。

4、两个器件被制作在同一铌酸锂衬底上。

5、铌酸锂衬底上的声表面波器件包含四对上下左右方向的叉指电极。四对叉指电极的宽度、长度、距离和厚度保持一致，叉指之间的距离和叉指本身宽度保持一致。上下及左右叉指电极之间距离为叉指宽度的整数倍。

6、所述单光子雪崩二极管器件设置在所述声表面波结构衬底的正上面以及四对叉指电极的正中间。

7、可选的，所述单光子雪崩二极管结构包括：

8、衬底，与声表面波结构共用同一衬底；

9、下接触层，设置在所述衬底的正上面；

10、缓冲层，设置在所述下接触层上；

11、下电极，设置在所述下接触层裸漏在缓冲层外的部分上；

12、吸收层，设置在缓冲层上；

13、渐变层，设置在吸收层上；

14、电荷层，设置在渐变层上；

15、倍增层，设置在电荷层上；

16、上接触层，设置在倍增层上；

17、防反射入照窗，设置在上接触层上；

18、上电极，设置在上接触层未被防反射入照窗覆盖区域。

1.一种基于声表面波动态调控的单光子探测器，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的基于声表面波动态调控的单光子探测器，其特征在于，所述声表面波结构中的四对叉指电极的宽度、长度、距离和厚度保持一致，叉指之间的距离和叉指本身宽度保持一致。上下及左右叉指电极之间距离为叉指宽度的整数倍。

3.根据权利要求1所述的基于声表面波动态调控的单光子探测器，其特征在于，所述单光子雪崩光电二极管结构包括：

4.根据权利要求3所述的基于声表面波动态调控的单光子探测器，其特征在于，所述单光子雪崩光电二极管结构下电极和上电极为环形结构。

5.根据权利1或3任一项所述的基于声表面波动态调控的单光子探测器，其特征在于，所述单光子雪崩二极管结构中，其下接触层直径小于2个叉指宽度且其余层的直径小于接触层的直径。