作者单位
摘要
1 阜阳师范大学 计算机与信息工程院,安徽阜阳236037
2 厦门大学 航空航天学院,福建厦门36110
提出一种基于BCD工艺用于检测微弱光信号的单光子雪崩光电二极管(SPAD)及前端淬灭-复位电路(QRC)。为减小边缘击穿的风险,提高响应度,设计了一种圆形P+/Nwell/Deep Nwell结构SPAD,Deep Nwell和衬底之间形成的pn结,能够有效减少p衬底流向雪崩区的暗电流,降低暗计数率,也保证了较小的纵向渡越时间,提高了响应速度。同时设计了P阱保护环,增大了器件的击穿电压。采用silvaco对器件进行二维仿真,与传统的P+/Nwell结构以及P+/Nwell/BNwell结构进行了比较,验证了设计结构在击穿电压、响应度方面的优越性。为实现光电探测器与集成电路的协同设计,改进了APD光电器件的等效电路模型并在此基础上设计了主动淬灭复位电路,死时间约为2.6 ns,能够达到快速探测的目的。测试结果表明,P+/Nwell/DNwell结构的雪崩击穿电压为15.8 V,在过电压为0.2 V时,650 nm光照射下,响应度约为0.80 A/W,暗计数率为20 kHz。
单光子雪崩光电二极管 光电集成 BCD工艺 响应度 飞行时间传感器 single photon avalanche photodiode optoelectronic integration BCD technology responsivity time-of-flight sensor 
光学 精密工程
2021, 29(2): 267
作者单位
摘要
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 
半导体光电
2018, 39(1): 42

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