1 深圳大学 信息工程学院, 深圳 518060
2 深圳技术大学 大数据与互联网学院, 深圳 518118
设计了一种基于SMIC 0.13μm CIS工艺的单光子飞行时间(TOF)传感器像素结构。针对传统单光子雪崩二极管(SPAD)结构的不足, 采用p阱和STI共同作为保护环, 避免器件提前发生边缘击穿从而减小器件面积, 增加深n阱使有源区耗尽层变窄, 从而降低雪崩击穿电压, 增加硅外延层将器件的光谱响应峰值转移到所需要的光波长, 以此提高器件对指定波长光的吸收能力。通过浮动SPAD阳极电压的方式, 采用低压CMOS晶体管实现主动式淬灭电路从而快速地控制雪崩电流淬灭, 以达到缩短死区时间的目的。通过SILVACO TCAD和Cadence IC设计套件对工艺、像素器件结构以及相关电路进行仿真, 验证了该设计的可行性。
飞行时间传感器 器件面积 雪崩击穿电压 单光子雪崩二极管 主动式淬灭电路 time-of-fight (TOF) sensor SILVACO TCAD SILVACO TCAD device area avalanche breakdown voltage single-photon avalanche diode (SPAD) active quenching circuit