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单光子探测器做出来了,但方明华没有停下来。
他知道,实验室的样机和真正的产品之间,还隔着一条大河。那条河叫“可靠性”。
实验室里,你可以精心调试,让一切工作在最佳状态。但在实际系统中,温度会变,湿度会变,电压会波动,器件会老化。一个探测器如果不能在这些条件下稳定工作,就只是一个玩具。
方明华开始做可靠性测试。
第一次可靠性测试,做了七十二小时。
前四十八小时,一切正常。第四十九小时,暗计数突然飙升,从80赫兹跳到了500赫兹。
方明华的脸白了。
他把芯片取下来,放到显微镜下。表面看不出任何异常。他又用X光看内部,还是看不出问题。
“怎么回事?”他自言自语。
他给秦念打电话。
“秦总师,探测器出问题了。工作四十九小时后暗计数飙升。查不出原因。”
秦念赶到半导体所的时候,已经是晚上十点。
她站在测试台前,看着那些数据。暗计数从80赫兹飙升到500赫兹,然后稳定在那里,不再变化。
“不是突发故障,是渐进式退化。”秦念说,“说明有某种机制在慢慢破坏器件。”
她启动了“微观结构洞察”。
视野穿透芯片的表面,进入内部。她看到了吸收区、倍增区、电荷层——每一层的结构都清晰可见。
然后她看到了问题。
在吸收区和倍增区的界面处,出现了微小的缺陷——不是工艺缺陷,是使用过程中产生的。那些缺陷像是小小的陷阱,俘获了载流子,然后在某个时刻释放出来,产生暗计数。
“是热载流子效应。”秦念说,“高电场下,载流子被加速到很高的能量,撞进晶格,产生缺陷。缺陷积累到一定程度,暗计数就飙升了。”
“那怎么解决?”方明华问。
“降低电场强度。但电场强度降了,增益就降了,探测效率也会降。所以要在增益和可靠性之间找一个平衡点。”
秦念在笔记本上算了一组数字。
“倍增区的掺杂浓度降低百分之十五。电场强度从45万伏每厘米降到38万伏每厘米。增益会从100万倍降到50万倍,但对于单光子探测来说,50万倍够了。”
方明华看着那组数字,沉默了很久。
“改版图。再流一次片。”
第四次流片。
这一次,方明华没有急着测试。他把芯片装在测试台上,连续跑了一个星期。
每一天,他都记录数据。第一天,暗计数80赫兹。第二天,81赫兹。第三天,80赫兹。第四天,82赫兹。