Ge-on-Si SPADs vs. SNSPDs — der technische Vergleich

SNSPDs liefern heute die höchste Performance für Einzelphotonendetektion im SWIR, benötigen aber Kryostat-Infrastruktur. Ge-on-Si SPADs zielen auf eine andere Front: Halbleiterfertigung, Raumtemperatur als Ziel und Skalierbarkeit. Hier ein nüchterner Vergleich der Trade-offs.

Kurzfassung

• SNSPDs: Beste Detektionseffizienz und Zeitauflösung im SWIR — auf Kosten von Kryogenik (≈ 0,8–4 K), Helium-Infrastruktur und 6-stelligen Systemkosten.

• Ge-on-Si SPADs: Halbleiterprozess auf 200/300-mm-Wafern, CMOS-kompatibel, Raumtemperatur als Ziel, deutlich niedrigere Stückkosten bei Skalierung.

• Wahl der Technologie hängt am Use-Case: Lab/Forschung mit Top-Spezifikation → SNSPD. Volumen, Feldeinsatz, Integration → Ge-on-Si.

Betriebstemperatur Noch nicht demonstriert

Kryogenik dominiert Footprint, Energieverbrauch und Wartung von SNSPD-Systemen.

Fertigung & Skalierbarkeit

CMOS-Kompatibilität öffnet bestehende Foundry-Kapazitäten und Array-Integration.

Systemkosten

Bewertung der Total-Cost-of-Ownership inkl. He-Verbrauch und Wartung.

Performance (SWIR, 1310–1550 nm) Ziel · modellbasiert

Ge-on-Si zielt nicht auf SNSPD-Rekordwerte, sondern auf das beste industriell deploybare Niveau.

Wellenlängenbereich

Ge absorbiert intrinsisch bis 1550 nm — ohne exotische Materialstapel.

Integration

Relevant für QKD-Empfänger, LiDAR-Detektorarrays, bildgebende SWIR-Sensorik.

Welche Technologie für welchen Anwendungsfall?

Einordnung

SNSPDs setzen den heutigen Performance-Standard. Ge-on-Si SPADs setzen auf einen anderen Hebel: Halbleiterfertigung, Raumtemperatur als Ziel und Stückkosten, die Volumenanwendungen erst zugänglich machen. Die beiden Technologien konkurrieren weniger direkt, als sie unterschiedliche Marktsegmente bedienen.

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Universität Stuttgart – Institut für Halbleitertechnik

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