CN109638092A - 基于标准cmos工艺的高探测效率低暗计数的spad - Google Patents
基于标准cmos工艺的高探测效率低暗计数的spad Download PDFInfo
- Publication number
- CN109638092A CN109638092A CN201811360608.XA CN201811360608A CN109638092A CN 109638092 A CN109638092 A CN 109638092A CN 201811360608 A CN201811360608 A CN 201811360608A CN 109638092 A CN109638092 A CN 109638092A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- region
- spad
- well region
- junction
- dark counting
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000001514 detection method Methods 0.000 title claims abstract description 44
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 25
- 230000008569 process Effects 0.000 title claims abstract description 24
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 15
- 239000002019 doping agent Substances 0.000 claims abstract description 10
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 claims abstract description 7
- 238000002347 injection Methods 0.000 claims abstract description 7
- 239000007924 injection Substances 0.000 claims abstract description 7
- 230000009471 action Effects 0.000 claims abstract description 4
- 238000009933 burial Methods 0.000 claims abstract description 3
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 10
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims description 10
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims description 10
- 210000001367 artery Anatomy 0.000 claims description 2
- 230000007704 transition Effects 0.000 claims description 2
- 210000003462 vein Anatomy 0.000 claims description 2
- 230000004907 flux Effects 0.000 claims 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 10
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 7
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 5
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 5
- 239000000306 component Substances 0.000 description 4
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 3
- 238000011160 research Methods 0.000 description 3
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 2
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 2
- 238000013461 design Methods 0.000 description 2
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 2
- 230000000977 initiatory effect Effects 0.000 description 2
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 2
- 238000002955 isolation Methods 0.000 description 2
- 230000035800 maturation Effects 0.000 description 2
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 2
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 2
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 2
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N Boron Chemical compound [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 101000822633 Pseudomonas sp 3-succinoylsemialdehyde-pyridine dehydrogenase Proteins 0.000 description 1
- 230000003321 amplification Effects 0.000 description 1
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 239000008358 core component Substances 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000002059 diagnostic imaging Methods 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 230000002401 inhibitory effect Effects 0.000 description 1
- 230000031700 light absorption Effects 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 description 1
- 238000004080 punching Methods 0.000 description 1
- 230000004044 response Effects 0.000 description 1
- 230000004043 responsiveness Effects 0.000 description 1
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 1
- 230000001960 triggered effect Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/08—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof in which radiation controls flow of current through the device, e.g. photoresistors
- H01L31/10—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof in which radiation controls flow of current through the device, e.g. photoresistors characterised by potential barriers, e.g. phototransistors
- H01L31/101—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation
- H01L31/102—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation characterised by only one potential barrier
- H01L31/107—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation characterised by only one potential barrier the potential barrier working in avalanche mode, e.g. avalanche photodiodes
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/0248—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies
- H01L31/0352—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies characterised by their shape or by the shapes, relative sizes or disposition of the semiconductor regions
- H01L31/035272—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies characterised by their shape or by the shapes, relative sizes or disposition of the semiconductor regions characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Light Receiving Elements (AREA)
Abstract
本发明公开了一种基于标准CMOS工艺的高探测效率低暗计数的SPAD，所述SPAD在基于CMOS工艺提供的P衬底上进行制备；P衬底上设置有N埋层，起到隔离作用，掩埋的N型注入具有倒置掺杂分布的特点，掺杂浓度随深度增加而增加，形成虚拟保护环；在所述N埋层的扩散掺杂区内分别设置N阱区域、P阱区域和重掺杂P+区域，所述N阱区域作为感光PN结的组成部分；所述P阱区域作为保护环；重掺杂P+区域、和浅P阱区域与N型区域共同构成P+P‑/N阱感光PN结，两个不同浓度P型注入的组合形成一个渐变结，用以降低器件的暗计数；PN结的耗尽区为雪崩倍增的主要发生区，同时重掺杂P+区域也作为光电探测器的阳极接触区；边缘的N阱区域中设置有N阱接触区，为重掺杂的N+区域，作为光电探测器的阴极接触区。
Description
技术领域
本发明涉及光电检测以及光电传感器领域，尤其涉及一种基于标准CMOS工艺的高探测效率低暗计数的SPAD。
背景技术
单光子探测作为一种极微弱光信号的检测技术，在量子通信、天文测光、医学成像和雷达探测等领域具有广阔的应用前景，鉴于其巨大的科研价值和战略地位，单光子探测成为当前光电检测领域的热点之一。单光子探测器作为探测系统的核心部件，决定着整个单光子探测系统的性能参数，因而设计高探测效率、低暗计数的微型单光子探测器是当前迫切需要解决的关键问题之一。
传统单光子检测系统利用光电倍增管(Photomultiplier Tube,PMT)的二次发射实现倍增放大，但是PMT体积庞大、工作电压和功耗高、价格昂贵、容易损坏，且对磁场敏感，这些缺点限制了它的应用范围。而基于半导体材料制备的雪崩光电二极管(AvalanchePhotodiode,APD)在红外通讯波长、近紫外和可见光波段都有很好的光子检测性能，具有灵敏度高、响应速度快、体积小等优点，且工作电压远低于PMT，因而具有广阔的发展潜力，成为单光子探测的重点研究方向。
光子探测效率和暗计数率是评价单光子雪崩二极管(SPAD)性能的重要指标。暗计数决定了器件能工作在盖革模式的时间，拥有低暗计数率的SPAD能较长时间地处于准备探测状态，这对有效探测随机到达的光子极为关键。为了提高探测效率、降低暗计数率，研究人员对SPAD进行了深入研究。虽然采用专门化的特殊工艺可以制备出高性能的SPAD，但器件工艺成本高，且与标准CMOS工艺不兼容，无法实现单片集成的微型化系统。例如，Lin Qi等人采用特殊的纯硼注入工艺，设计出超低暗计数的SPAD(暗计数低至41Hz)，击穿电压仅为14V，但是器件的探测效率仅为10％，响应度也只有0.1A/W。在基于CMOS工艺制备的SPAD方面，吴佳俊等人设计了有效抑制边缘击穿的、非接触式保护环的SPAD结构，但门控模式下的暗计数概率为0.38％。E.Kamrani等人设计出高增益SPAD结构，虽然击穿电压较低(12V)，但探测效率仅为15％。
由此可见，为了满足SPAD探测器在单光子探测系统的技术需求，迫切需要采用技术成熟的标准CMOS工艺研制出高探测效率、低暗计数率的SPAD探测器。
发明内容
本发明提供了一种基于标准CMOS工艺的高探测效率低暗计数的SPAD，本发明采用技术成熟的标准CMOS工艺研制出高探测效率、低暗计数率的SPAD探测器，克服了现有SPAD的技术缺点，使SPAD探测器在单光子探测系统得到广泛应用，详见下文描述：
本发明提供了一种基于标准CMOS工艺的高探测效率低暗计数的SPAD。所设计SPAD器件基于华润上华半导体(CSMC)CMOS工艺提供的N埋层和浅P阱制备。P衬底上设置有N埋层，起到隔离作用，掩埋的N型注入具有倒置掺杂分布的特点，掺杂浓度随深度增加而增加，形成虚拟保护环；在N埋层的扩散掺杂区内分别设置N阱区域、P阱区域和重掺杂P+区域，N阱区域作为感光PN结的组成部分；P阱区域用作单光子雪崩二极管的保护环；重掺杂P+区域、和浅P阱区域与N型扩散区域共同构成P+P/N阱感光PN结，两个P型注入的组合形成了一个渐变结，用以降低器件的暗计数；PN结的耗尽区为雪崩倍增的主要发生区，同时重掺杂的P+区域也作为光电探测器的阳极接触区；边缘的N阱区域中设置有N阱接触区，为重掺杂的N+区域，作为光电探测器的阴极接触区。
本发明提出了一种可用于弱光环境探测的、基于标准CMOS工艺的低暗计数SPAD探测器，本发明具有如下优点：
1、无需特殊工艺流程，避免了高成本；与标准CMOS工艺完全兼容，可与CMOS读出电路及信号处理电路单片集成；
2、利用P+P/N阱组成感光PN结，具有较宽的耗尽区，有利于光吸收，提高器件的探测效率，两个P型注入的组合形成了一个渐变结，大大降低器件遂穿暗计数；
3、N埋层可用来实现SPAD与其他电学器件的隔离，降低大规模集成时的电学串扰，同时具有倒置掺杂分布的特点，表面掺杂随深度增加而增加，形成虚拟保护环；
4、采用P阱和虚拟保护环的双重保护环结构，在有效抑制边缘击穿效应的同时，改善了器件边缘的电场分布。
附图说明
图1为单光子雪崩二极管的剖面图；
图2为单光子雪崩二极管的平面图；
图3为单光子雪崩二极管工作时暗电流和光电流变化图；
图4为单光子雪崩二极管工作时暗计数概率变化图；
图5为单光子雪崩二极管工作时光子探测效率变化图。
附图中，各部件代表的列表如下：
图示中1为衬底，衬底1的材料为P型轻掺杂的硅晶圆，作为所设计的雪崩二极管的支撑部分。
图示中2为N埋层，N埋层实现探测器和其他电子器件的相互隔离，同时掩埋的N型注入具有倒置掺杂分布的特点，表面掺杂随深度增加而增加，形成虚拟保护环。
图示中3为N阱区域，N阱采用中等掺杂浓度，(a)区包围N阱，(b)区作为感光PN结组成部分。
图示中4为P阱区域，P阱采用中等掺杂浓度，作为SPAD的保护环。
图示中5为浅P阱区域，P阱采用中等掺杂浓度，作为渐变结的浅掺杂P型区域。
图示中6为重掺杂P+区域，(a)区与上述浅P阱、N阱区共同构成P+P/N阱型感光PN结，其渐变结耗尽区为雪崩倍增的主要发生区，同时重掺杂的P+区也作为光电探测器的阳极接触区；(b)衬底接触区，为重掺杂的P型区域。
图示中7为N阱接触区，为重掺杂的N+区域，该区域也作为光电探测器的阴极接触区。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本发明实施方式作进一步地详细描述。
本发明实施例提出了基于标准CMOS工艺的高探测效率、低暗计数单光子雪崩二极管。为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本发明实施方式作进一步地详细描述。
实施例1
本发明实施例提出了一种高探测效率、低暗计数且与标准CMOS工艺兼容的单光子雪崩二极管探测器结构，参见图1的剖面图和图2的平面图，详见下文描述：
该探测器主要由重掺杂P+区、浅P阱区与N型扩散区共同构成P+P/N阱构成的感光PN结，两个不同浓度的P型注入形成渐变结，大大降低遂穿的暗计数。N埋层2有倒置掺杂分布的特点，表面掺杂随深度增加而增加，形成虚拟保护环，与P阱保护环构成双重保护环结构，提高器件的可靠性和探测性能。
器件工作时，由于N阱掺杂浓度较低，该器件可以耐受更高的偏压，且具有较宽的耗尽层，提高了光子的吸收效率，增强了探测器的灵敏度。同时N埋层结构也为SPAD与其他电学器件提供隔离，避免相互影响。
实施例2
下面结合具体的实验数据(附图1-5)，对实施例1中的方案做进一步地说明，详见下文描述：
图1是本发明实施例所述的基于标准CMOS工艺的低暗计数SPAD光电探测器的结构图，以面积为13×13μm2的探测器为例，本发明实施例所述的光电探测器具体结构如下：
1)图中1部分为探测器的P型衬底。P型衬底1的材料选用轻掺杂的P型硅晶圆。所述P型衬底1作为本发明实施例所述探测器的支撑基底；
2)图中2部分为N埋层区域。由于N埋层2特有的掺杂特点，采用不同结深下的两种掺杂浓度进行计算，浓度分别为4×1016cm-3和1×1016cm-3的N型硅，长度为12μm，结深为2μm。所述N埋层2的主要作用：一是实现电学器件的隔离；二是具有倒置掺杂分布的特点，表面掺杂随深度增加而增加，形成虚拟保护环；
3)图中3部分为N阱。N阱3的材料采用掺杂浓度为1017cm-3的N型硅，(a)区长度为1μm，用于包围N埋层；(b)区长度为6μm，主要作用是感光PN结的组成部分，为主要的光生电荷产生、积累区域；
4)图中4部分为P阱。P阱4的材料采用掺杂浓度约为1017cm-3的N型硅，长度约为0.4μm。P阱4的主要作用是器件的保护环结构，抑制边缘击穿；
5)图中5部分为浅P阱。浅P阱5的材料采用掺杂浓度约为2×1016cm-3的P型硅，长度为6.4μm。所述浅P阱5的主要作用是作为感光PN结的组成部分，与P+区构成P+P/N渐变结，降低器件暗计数；
6)图中6部分(a)为SPAD的阳极区域(P+)，采用材料为重掺杂浓度为1019cm-3的P型硅，长度为6μm；(b)部分为P型衬底接触区，长度为0.5μm，采用重掺杂浓度约为1019cm-3的P型硅。器件工作时，所述P型衬底接触区电极接地。
7)图中7部分为SPAD的阴极区域(N+)，采用材料为重掺杂浓度为1019cm-3的N型硅，长度约为0.5μm。
该探测器主要利用P+P/N阱组成的PN结耗尽区作为主要感光区域，其对单光子信号的探测过程可以分为两步：
1)SPAD吸收入射光子，并产生初始电子-空穴对；
2)初始电子-空穴对在反偏电压的作用下发生雪崩倍增效应，产生很大的雪崩电流。
图3所示为所设计器件的暗电流及光电流曲线。当反向偏压在15V以下时，暗电流在10-11A左右波动，光电流在10-8A附近。反偏电压在15V时，发生雪崩击穿，电流呈指数倍增。器件击穿电压较低，有利于与CMOS读出电路及信号处理电路单片集成。
采用门控模式下SPAD的物理模型来计算暗计数概率和光子探测效率。门控模式是实现探测器盖革模式的有效方法。门控技术通过极短的开门时间可以有效地抑制后脉冲，从而减小了暗计数。
暗计数的形成分为两步骤：(1)初始暗载流子的形成；(2)雪崩过程触发。假设Nd是倍增区内暗载流子的平均数量，Pa是盖革模式下每一个载流子触发雪崩增益达到Mg的概率。根据Poisson统计学原理，暗计数概率Pd(至少一个暗载流子成功触发雪崩的概率)可以表示为：
Pd＝1-exp(-NdPa) (1)
其中，雪崩概率Pa是采用器件仿真软件Silvaco得到的。暗载流子Nd的来源主要分为三部分：
1、在门控脉冲开启时间内注入倍增区的初级暗载流子，这部分载流子可以表示为：
NDM1＝IDMτ/q (2)
其中，IDM为初级暗电流，定义为SAPD器件增益为1时的暗电流大小，τ为门控脉冲开启时间长度，q为电子电量。
2、在门控有效脉冲之前产生的暗载流子，这部分载流子可表示为：
NDM2＝IDMM0τ*/q (3)
其中，M0为初级载流子穿过倍增区而具有的增益，τ*是有效的渡越时间，τ*＝M0/2πGB，GB为器件的带宽增益积。
3、后脉冲效应释放的暗载流子Ntrap，这部分暗载流子与材料中的缺陷有关，依赖于SPAD制造工艺。由于后脉冲随时间呈指数衰减，故选择合适的门控周期可大大降低后脉冲的影响。
当门控脉冲宽度τ＝2ns，门控信号频率为100kHz，后脉冲的影响较小，可忽略不计。在忽略后脉冲影响的情况下，一个脉冲周期内的暗计数概率可表示为：
其中，IDM和M0均可通过SPAD的暗电流和光电流曲线计算得到。图4给出了暗计数概率随反偏电压的变化情况。由图可见，随着反偏电压的增加，暗计数概率也逐渐增加，在偏压为17V时，一个门控周期内由暗载流子触发暗计数的概率仅为0.29％。由此可见，本发明实例提出的带有渐变结的SPAD结构可有效降低暗计数产生概率，因而降低暗计数。
光子探测效率是表征SPAD性能的另一重要指标，其定义为SPAD吸收并触发雪崩的光子数和入射光子总数的百分比。在后脉冲影响较小时，探测效率定义为：
PDE＝(Pon-Pd)/Pph (5)
其中，Pph＝1-e-N0代表光脉冲至少包含一个光子的概率，N0为光脉冲的平均光通量，Pon是由光子或暗载流子触发的总雪崩概率，其表示为：
其中，η是光电探测器的量子效率，由吸收系数和吸收层的厚度决定。
本发明所述探测器的探测效率如图5所示。在过偏压Vex＝1.5V时，最高探测效率可达到30.4％，过偏压增至2.5V时，在450nm-600nm波长范围内的探测效率均高于30％，且500nm时的峰值探测效率达到39.8％。随着过偏压的进一步增大，探测效率随之升高，在4V过偏压下，峰值探测效率可达48.6％。
综上所述，本发明实施例提出的SPAD器件结构在暗计数概率和探测效率方面具有明显优势，能满足弱光探测的要求。
本发明实施例对各器件的型号除做特殊说明的以外，其他器件的型号不做限制，只要能完成上述功能的器件均可。
本领域技术人员可以理解附图只是一个优选实施例的示意图，上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种基于标准CMOS工艺的高探测效率低暗计数的SPAD，其特征在于，所述SPAD在基于CMOS工艺提供的P衬底上进行制备；
P衬底上设置有N埋层，起到隔离作用，掩埋的N型注入具有倒置掺杂分布的特点，掺杂浓度随深度增加而增加，形成虚拟保护环；
在所述N埋层的扩散掺杂区内分别设置N阱区域、P阱区域和重掺杂P+区域，所述N阱区域作为感光PN结的组成部分；所述P阱区域作为保护环；重掺杂P+区域、和浅P阱区域与N型区域共同构成P+P-/N阱感光PN结，两个不同浓度P型注入的组合形成一个渐变结，用以降低器件的暗计数；
PN结的耗尽区为雪崩倍增的主要发生区，同时重掺杂P+区域也作为光电探测器的阳极接触区；边缘的N阱区域中设置有N阱接触区，为重掺杂的N+区域，作为光电探测器的阴极接触区。
2.根据权利要求1所述的一种基于标准CMOS工艺的高探测效率低暗计数的SPAD，其特征在于，所述P衬底的材料选用轻掺杂的P型硅晶圆。
3.根据权利要求1所述的一种基于标准CMOS工艺的高探测效率低暗计数的SPAD，其特征在于，
当门控脉冲宽度τ＝2ns，门控信号频率为100kHz，在忽略后脉冲影响的情况下，一个脉冲周期内的暗计数概率表示为：
其中，IDM和M0均可通过SPAD的暗电流和光电流曲线计算得到，τ为门控脉冲开启时间长度，τ*是有效的渡越时间，q为电子电量。
4.根据权利要求3所述的一种基于标准CMOS工艺的高探测效率低暗计数的SPAD，其特征在于，
Pph＝1-e-N0代表光脉冲至少包含一个光子的概率，N0为光脉冲的平均光通量，Pon是由光子或暗载流子触发的总雪崩概率，其表示为：
其中，Pa是盖革模式下每一个载流子触发雪崩增益达到Mg的概率，η是光电探测器的量子效率。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201811360608.XA CN109638092A (zh) | 2018-11-15 | 2018-11-15 | 基于标准cmos工艺的高探测效率低暗计数的spad |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201811360608.XA CN109638092A (zh) | 2018-11-15 | 2018-11-15 | 基于标准cmos工艺的高探测效率低暗计数的spad |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN109638092A true CN109638092A (zh) | 2019-04-16 |
Family
ID=66068113
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201811360608.XA Pending CN109638092A (zh) | 2018-11-15 | 2018-11-15 | 基于标准cmos工艺的高探测效率低暗计数的spad |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN109638092A (zh) |
Cited By (20)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110416335A (zh) * | 2019-08-05 | 2019-11-05 | 南京邮电大学 | 硅基近红外单光子雪崩二极管探测器及其制作方法 |
| CN111128992A (zh) * | 2019-12-13 | 2020-05-08 | 中国电子科技集团公司第四十四研究所 | 一种抗辐照近红外焦平面探测器及制作方法 |
| CN111129203A (zh) * | 2019-12-17 | 2020-05-08 | 重庆邮电大学 | 一种高带宽cmos apd器件 |
| CN111490123A (zh) * | 2020-05-19 | 2020-08-04 | 中国计量大学 | 一种低暗计数率的单光子雪崩二极管及其制作方法 |
| US20210066450A1 (en) * | 2019-04-12 | 2021-03-04 | Globalfoundries Inc. | Diode structures |
| CN112484867A (zh) * | 2020-10-09 | 2021-03-12 | 天津大学 | 一种提高单光子探测前端电路探测效率的方法 |
| CN113078227A (zh) * | 2021-03-29 | 2021-07-06 | 宁波飞芯电子科技有限公司 | 一种雪崩光电二极管探测装置 |
| CN114093962A (zh) * | 2021-11-22 | 2022-02-25 | 季华实验室 | 单光子雪崩二极管和光电探测器阵列 |
| CN114203852A (zh) * | 2021-12-10 | 2022-03-18 | 季华实验室 | 单光子雪崩二极管和光电探测器阵列 |
| WO2022061821A1 (zh) * | 2020-09-27 | 2022-03-31 | 深圳市大疆创新科技有限公司 | 器件及其制备方法、接收芯片、测距装置、可移动平台 |
| CN114914325A (zh) * | 2022-07-18 | 2022-08-16 | 西安电子科技大学 | 一种多结的近红外单光子雪崩二极管及制备方法 |
| CN115084305A (zh) * | 2021-03-11 | 2022-09-20 | 西安电子科技大学 | 一种硅基短波近红外单光子雪崩二极管及其制作方法 |
| CN115548157A (zh) * | 2022-12-05 | 2022-12-30 | 西安电子科技大学 | 一种具有宽漂移区的双结单光子雪崩二极管及其制备方法 |
| CN115621352A (zh) * | 2022-10-31 | 2023-01-17 | 武汉新芯集成电路制造有限公司 | 半导体器件及其制造方法 |
| GB2609183A (en) * | 2021-05-10 | 2023-02-01 | X Fab Global Services Gmbh | Improved semiconducter light sensor |
| WO2023019547A1 (zh) * | 2021-08-20 | 2023-02-23 | 中芯国际集成电路制造(北京)有限公司 | 光电传感器及其形成方法、以及电子设备 |
| GB2612714A (en) * | 2021-05-10 | 2023-05-10 | X Fab Global Services Gmbh | Improved Semiconductor Light Sensor |
| GB2612715A (en) * | 2021-05-10 | 2023-05-10 | X Fab Global Services Gmbh | Improved Semiconductor Light Sensor |
| WO2023133837A1 (zh) * | 2022-01-14 | 2023-07-20 | 华为技术有限公司 | 二极管 |
| WO2023193385A1 (zh) * | 2022-04-08 | 2023-10-12 | 神盾股份有限公司 | 光感测元件 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6310366B1 (en) * | 1999-06-16 | 2001-10-30 | Micron Technology, Inc. | Retrograde well structure for a CMOS imager |
| CN106847960A (zh) * | 2017-01-23 | 2017-06-13 | 重庆邮电大学 | 一种基于深n阱结构的单光子雪崩二极管及其制作工艺 |
| WO2018061334A1 (ja) * | 2016-09-29 | 2018-04-05 | シャープ株式会社 | アバランシェフォトダイオード |
| CN108550592A (zh) * | 2018-04-02 | 2018-09-18 | 重庆邮电大学 | 一种低暗计数率cmos spad光电器件 |
-
2018
- 2018-11-15 CN CN201811360608.XA patent/CN109638092A/zh active Pending
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6310366B1 (en) * | 1999-06-16 | 2001-10-30 | Micron Technology, Inc. | Retrograde well structure for a CMOS imager |
| WO2018061334A1 (ja) * | 2016-09-29 | 2018-04-05 | シャープ株式会社 | アバランシェフォトダイオード |
| CN106847960A (zh) * | 2017-01-23 | 2017-06-13 | 重庆邮电大学 | 一种基于深n阱结构的单光子雪崩二极管及其制作工艺 |
| CN108550592A (zh) * | 2018-04-02 | 2018-09-18 | 重庆邮电大学 | 一种低暗计数率cmos spad光电器件 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| JUSTIN A. RICHARDSON: ""Low Dark Count Single-Photon Avalanche Diode Structure Compatible With Standard Nanometer Scale CMOS Technology"", 《IEEE PHOTONICS TECHNOLOGY LETTERS》 * |
| 吴佳骏: ""基于标准ＣＭＯＳ工艺的非接触式保护环单光子雪崩二极管"", 《光子学报》 * |
Cited By (28)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20210066450A1 (en) * | 2019-04-12 | 2021-03-04 | Globalfoundries Inc. | Diode structures |
| US11508810B2 (en) * | 2019-04-12 | 2022-11-22 | Globalfoundries Inc. | Diode structures |
| CN110416335A (zh) * | 2019-08-05 | 2019-11-05 | 南京邮电大学 | 硅基近红外单光子雪崩二极管探测器及其制作方法 |
| CN111128992A (zh) * | 2019-12-13 | 2020-05-08 | 中国电子科技集团公司第四十四研究所 | 一种抗辐照近红外焦平面探测器及制作方法 |
| CN111128992B (zh) * | 2019-12-13 | 2021-08-10 | 中国电子科技集团公司第四十四研究所 | 一种抗辐照近红外焦平面探测器及制作方法 |
| CN111129203A (zh) * | 2019-12-17 | 2020-05-08 | 重庆邮电大学 | 一种高带宽cmos apd器件 |
| CN111490123A (zh) * | 2020-05-19 | 2020-08-04 | 中国计量大学 | 一种低暗计数率的单光子雪崩二极管及其制作方法 |
| WO2022061821A1 (zh) * | 2020-09-27 | 2022-03-31 | 深圳市大疆创新科技有限公司 | 器件及其制备方法、接收芯片、测距装置、可移动平台 |
| CN112484867A (zh) * | 2020-10-09 | 2021-03-12 | 天津大学 | 一种提高单光子探测前端电路探测效率的方法 |
| CN115084305A (zh) * | 2021-03-11 | 2022-09-20 | 西安电子科技大学 | 一种硅基短波近红外单光子雪崩二极管及其制作方法 |
| CN113078227A (zh) * | 2021-03-29 | 2021-07-06 | 宁波飞芯电子科技有限公司 | 一种雪崩光电二极管探测装置 |
| CN113078227B (zh) * | 2021-03-29 | 2023-10-13 | 宁波飞芯电子科技有限公司 | 一种雪崩光电二极管探测装置 |
| GB2609183B (en) * | 2021-05-10 | 2023-05-24 | X Fab Global Services Gmbh | Improved semiconducter light sensor |
| GB2612714A (en) * | 2021-05-10 | 2023-05-10 | X Fab Global Services Gmbh | Improved Semiconductor Light Sensor |
| GB2612715B (en) * | 2021-05-10 | 2024-01-10 | X Fab Global Services Gmbh | Improved Semiconductor Light Sensor |
| GB2612714B (en) * | 2021-05-10 | 2024-01-10 | X Fab Global Services Gmbh | Improved Semiconductor Light Sensor |
| GB2609183A (en) * | 2021-05-10 | 2023-02-01 | X Fab Global Services Gmbh | Improved semiconducter light sensor |
| GB2612715A (en) * | 2021-05-10 | 2023-05-10 | X Fab Global Services Gmbh | Improved Semiconductor Light Sensor |
| WO2023019547A1 (zh) * | 2021-08-20 | 2023-02-23 | 中芯国际集成电路制造(北京)有限公司 | 光电传感器及其形成方法、以及电子设备 |
| CN114093962A (zh) * | 2021-11-22 | 2022-02-25 | 季华实验室 | 单光子雪崩二极管和光电探测器阵列 |
| CN114093962B (zh) * | 2021-11-22 | 2024-04-09 | 季华实验室 | 单光子雪崩二极管和光电探测器阵列 |
| CN114203852A (zh) * | 2021-12-10 | 2022-03-18 | 季华实验室 | 单光子雪崩二极管和光电探测器阵列 |
| WO2023133837A1 (zh) * | 2022-01-14 | 2023-07-20 | 华为技术有限公司 | 二极管 |
| WO2023193385A1 (zh) * | 2022-04-08 | 2023-10-12 | 神盾股份有限公司 | 光感测元件 |
| CN114914325A (zh) * | 2022-07-18 | 2022-08-16 | 西安电子科技大学 | 一种多结的近红外单光子雪崩二极管及制备方法 |
| CN115621352A (zh) * | 2022-10-31 | 2023-01-17 | 武汉新芯集成电路制造有限公司 | 半导体器件及其制造方法 |
| CN115548157B (zh) * | 2022-12-05 | 2023-03-07 | 西安电子科技大学 | 一种具有宽漂移区的双结单光子雪崩二极管及其制备方法 |
| CN115548157A (zh) * | 2022-12-05 | 2022-12-30 | 西安电子科技大学 | 一种具有宽漂移区的双结单光子雪崩二极管及其制备方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN109638092A (zh) | 基于标准cmos工艺的高探测效率低暗计数的spad | |
| CN105810775B (zh) | 一种基于cmos图像传感器工艺的np型单光子雪崩二极管 | |
| US9728667B1 (en) | Solid state photomultiplier using buried P-N junction | |
| CN107946389A (zh) | 一种针对长波段微弱光的cmos单光子雪崩二极管 | |
| CN108039390A (zh) | 非接触式保护环单光子雪崩二极管及制备方法 | |
| CN104810377A (zh) | 一种高集成度的单光子雪崩二极管探测器阵列单元 | |
| CN106449770A (zh) | 防止边缘击穿的环形栅单光子雪崩二极管及其制备方法 | |
| CN103887362A (zh) | 一种带有深n阱的np型cmos雪崩光电二极管 | |
| CN106784054A (zh) | 一种紫外雪崩光电二极管探测器及其探测方法 | |
| CN103904152B (zh) | 光电探测器及其制造方法和辐射探测器 | |
| CN203218303U (zh) | 光电探测器和辐射探测器 | |
| CN109346552A (zh) | 基于弧形扩散区的雪崩光电探测器及其制作方法 | |
| CN101090138A (zh) | P+pin硅光电探测器 | |
| CN101752391A (zh) | 具有mos全耗尽漂移通道的雪崩漂移探测器及其探测方法 | |
| CN107342338A (zh) | 一种多漂移环结构的紫外雪崩漂移探测器及探测方法 | |
| CN106960852B (zh) | 具有漂移沟道的紫外雪崩光电二极管探测器及其探测方法 | |
| CN114975657B (zh) | Spad器件结构、spad探测器及spad器件结构制备方法 | |
| Cusini et al. | Historical Perspectives, State of art and Research Trends of Single Photon Avalanche Diodes and Their Applications (Part 1: Single Pixels) | |
| CN112033529A (zh) | 高填充因子低串扰的单光子探测器阵列及系统 | |
| CN206210817U (zh) | 量子点宽谱单光子探测器 | |
| CN207572377U (zh) | 一种多漂移环结构的紫外雪崩漂移探测器 | |
| CN109285901A (zh) | 一种具有逆掺杂分布的深n阱的cmos spad光电器件 | |
| CN106252456A (zh) | 一种高灵敏度光敏三极管及其制造方法 | |
| Xu et al. | High-performance lateral avalanche photodiode based on silicon-on-insulator structure | |
| CN211061698U (zh) | 用于检测光的装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20190416 |