DCR优化关键技术总结：从材料革新到系统协同的突破路径

引言

暗计数率（Dark Count Rate, DCR）是单光子雪崩二极管（SPAD）的核心性能指标，直接影响探测器的信噪比与应用边界。随着SPAD在LiDAR、量子通信、生物成像等领域的普及，DCR优化成为学术界与产业界的攻关焦点。本文系统梳理三大关键技术路径（材料创新、AI辅助优化、系统协同设计），并解析其物理机制与工程实现。

---

一、DCR的物理本质与影响

1. 定义与来源
DCR本质是SPAD在无光条件下的本征噪声，由热激发（DCR_therm）与隧穿效应（DCR_tun）主导：

• 热激发：遵循Arrhenius方程，与禁带宽度（Eg）和温度（T）强相关，DCR_therm ∝ exp(-Eg/2kT)。
• 隧穿效应：包括直接隧穿（DCR_tun_dir）与缺陷辅助隧穿（DCR_tun_trap），与电场强度（E）和材料缺陷密度（Nt）正相关。

2. 应用级影响

• 低光场景：在荧光寿命显微（FLIM）中，DCR>1 kcps/μm²会掩盖纳秒级弱光信号。
• 动态范围压缩：高DCR迫使系统抬高探测阈值，导致光子探测效率（PDE）下降。例如，量子密钥分发（QKD）中DCR需<0.1 kcps/μm²才能保证误码率<1%。