Operation of silicon photoelectronic multipliers with the structure p⁺–p–n⁺ in the single quantum registration mode

Abstract

РАБОТА КРЕМНИЕВЫХ ФОТОЭЛЕКТРОННЫХ УМНОЖИТЕЛЕЙ СО СТРУКТУРОЙ p +-p-n + В РЕЖИМЕ ОДНОКВАНТОВОЙ РЕГИСТРАЦИИ Аннотация. Изучены условия реализации режима одноквантовой регистрации для кремниевых фотоэлектронных умножителей со структурой p +-p-n + и получены данные об их характеристиках в этом режиме. Приведены структура экспериментальной установки и методика исследований. Выполнены измерения счетных характеристик фотоприемников, таких как зависимости скорости счета однофотонных импульсов, скорости темновых импульсов и отношения сигнал/шум. Представлены зависимости скорости счета однофотонных импульсов от интенсивности оптического излучения, регистрируемого кремниевым фотоэлектронным умножителем. Установлено, что данные зависимости имеют линейный участок, длина которого увеличивается с ростом перенапряжения кремниевых фотоэлектронных умножителей. Также с ростом перенапряжения увеличивается угол наклона линейного участка. Приведены зависимости скорости счета однофотонных и темновых импульсов, а также отношения сигнал/шум от перенапряжения. Получено, что скорость счета темновых импульсов возрастает с увеличением перенапряжения. Установлено, что зависимость отношения сигнал/шум от перенапряжения для этих кремниевых фотоэлектронных умножителей имеет максимум. Для получения максимальной чувствительности исследованных кремниевых фотоэлектронных умножителей необходимо выбирать перенапряжение, соответствующее этому максимуму. В результате сравнения чувствительности исследуемых кремниевых фотоэлектронных умножителей и лавинных фотодиодов установлено, что кремниевые фотоэлектронные умножители, работающие в режиме одноквантовой регистрации, имеют более высокую чувствительность по сравнению с лавинными фотодиодами в этом же режиме работы. С уменьшением температуры данное превосходство сохраняется. Также понижение температуры приводит к уменьшению минимального значения интенсивности регистрируемого оптического излучения. Тем самым доказана возможность работы кремниевых фотоэлектронных умножителей в режиме одноквантовой регистрации. Данные результаты могут применяться в системах квантовой криптографии при приеме оптического сигнала. Ключевые слова: лавинный фотодиод, кремниевый фотоэлектронный умножитель, режим одноквантовой регистрации, скорость счета однофотонных импульсов, скорость счета темновых импульсов, отношение сигнал/шум, чувствительность Для цитирования: Работа кремниевых фотоэлектронных умножителей со структурой p +-p-n + в режиме одноквантовой регистрации / М. А. Асаёнок [и др.] // Вес. Нац. акад. навукБеларусі. Сер. фіз.-тэхн. навук.-2020.-Т. 65, № 3.-С. 349-356.