[实用新型]半导体紫外单光子探测器

说明书

本公开提供一种半导体紫外单光子探测器，涉及单光子探测技术领域。该半导体紫外单光子探测器包括碳化硅单光子雪崩光电二极管、读出电路、信号处理模块、温度控制模块、偏压模块和使能模块。其中，读出电路用于对碳化硅单光子雪崩光电二极管进行被动淬灭以形成负脉冲雪崩信号；信号处理模块用于将负脉冲雪崩信号滤波、放大、甄别，转化为数字信号输出；温度控制模块用于为读出电路提供稳定的温度；偏压模块用于为读出电路提供基于内外温差修正的直流偏置电压；使能模块用于屏蔽外界强光信号和设置死时间。本公开的半导体紫外单光子探测器具有体积小、易集成、性能稳定、工作条件温和、易于阵列拓展等优势。

技术领域

本公开涉及单光子探测技术领域，尤其涉及一种半导体紫外单光子探测器。

背景技术

紫外单光子探测器是进行紫外弱光探测的主要工具，在激光雷达、生物荧光检测、火灾预警等众多领域有着广泛的应用。目前，普通商用紫外单光子探测器均基于光电倍增管设计，从而具有一些固有的劣势，如需要极高的工作电压，使用寿命较短，像素间串扰大等。相比之下，工作在紫外波段的碳化硅单光子雪崩光电二极管(4H-SiC SPAD)具有体积小、易集成、性能稳定、工作条件温和、易于做阵列拓展等优势，是紫外单光子探测器未来主要的发展方向。但是，目前基于雪崩光电二极管的单光子探测器噪声水平较高，性能稳定性不足，还不能满足一些需要高探测性能的领域应用。

实用新型内容

鉴于上述问题，本公开提供了一种半导体紫外单光子探测器，可以有效降低探测器的噪声水平，并提高性能稳定性。

本公开的第一方面提供了一种半导体紫外单光子探测器，包括：

碳化硅单光子雪崩光电二极管；

读出电路，用于对碳化硅单光子雪崩光电二极管进行被动淬灭以形成负脉冲雪崩信号；

信号处理模块，用于将负脉冲雪崩信号滤波、放大、甄别，转化为数字信号输出；

温度控制模块和偏压模块，用于分别为读出电路提供稳定的温度和基于内外温差修正的直流偏置电压；

使能模块，用于屏蔽外界强光信号和设置死时间。

根据本公开的实施例，读出电路包括：

淬灭电阻，用于对碳化硅单光子雪崩光电二极管进行被动淬灭，淬灭电阻的一端与碳化硅单光子雪崩光电二极管的阴极相连，另一端与偏压模块相连；

耦合电容，用于输出负脉冲雪崩信号，耦合电容的一端与碳化硅单光子雪崩光电二极管的阴极相连，另一端与信号处理模块相连。

根据本公开的实施例，使能模块还用于控制碳化硅单光子雪崩光电二极管快速进入或退出盖革模式，使能模块包括整形模块、使能发生模块、比较器和放大模块，其中：

整形模块接入负脉冲雪崩信号，用于将脉宽扩展为预设死时间长度；

使能发生模块用于从外部输入使能信号；

比较器用于将预设死时间长度的脉宽与使能信号做或运算，比较器连接放大模块；

放大模块将比较器的输出信号进行放大，放大模块的输出端连接碳化硅单光子雪崩光电二极管的阳极。

根据本公开的实施例，信号处理模块包括：

依次连接的第一低通滤波模块、低噪声放大模块、第二低通滤波模块和甄别整形模块，其中，第一低通滤波模块的输入端接入负脉冲雪崩信号，甄别整形模块用于将探测信号整形为标准数字信号并输出。

与现有技术相比，本公开提供的半导体紫外单光子探测器，至少具有以下有益效果：

(1)通过将4H-SiC SPAD制冷到较低温度可以有效降低探测器的暗计数率；