CN110767767A - 一种双保护环结构的新型spad探测器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种双保护环结构的新型SPAD探测器，采用p+层和n‑type层之间形成的pn结作为反应结，p+层四周设计pwell阱作为第一保护环；同时，pwell保护环上方设计一层poly层，与pn结阴极相连施加高电位，作为第二保护环。第一保护环和第二保护环共同作用，能有效降低边缘电场，减小暗计数。
Description
技术领域
本发明涉及一种双保护环结构的新型SPAD探测器，作为感光单元，属于光电探测领域，尤其是基于硅基半导体技术的单光子探测领域。
背景技术
单光子探测技术是一种基于单光子的探测技术，它可以检测极微弱光信号，是一项新兴探测技术。单光子探测技术应用极其广泛，包括医疗诊断、天文观测、光谱测量、量子通信等领域。单光子雪崩二极管（Single photon avalanche diode，SPAD）工作在盖革模式下，是一种最有前景的单光子探测器。
单光子雪崩二极管在盖革模式下，所施加的反偏电压高于雪崩电压，具有极高的电流增益，可用于单光子检测。具体工作原理为：当一个光子进入SPAD感光区，光子有一定概率被耗尽区吸收并产生电子-空穴对，该电子-空穴对在耗尽区强电场作用下能通过倍增效应迅速产生大量载流子，即触发一次雪崩击穿。
单光子雪崩二极管的结构设计是SPAD探测器的核心，设计时主要考虑的参数是pn结的深度、浓度、雪崩击穿点电压等基本参数，同时还需要考虑探测效率，占空比，暗计数等性能参数，对暗计数的性能优化一直以来都是重中之重。
目前，已有技术中，SPAD探测器的结构形式众多，采用的反应结形式多样，包括p+层与nwell层，pwell层与dnw层，以及一系列新型的创新结构，虽然基本所有机构设计时都会考虑到边缘击穿的抑制问题，但边缘击穿问题或多或少依然会出现，该问题是暗计数产生的根源。
发明内容
发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供了一种双保护环结构的新型SPAD探测器，可有效抑制暗计数的产生，将暗计数控制在一定范围内。
技术方案：为实现上述目的，本发明的技术方案如下：
一种双保护环结构的新型SPAD探测器，采用p+层和n-type层之间形成的pn结作为反应结，p+层四周由pwell阱作为第一保护环，pwell保护环上方设计一层poly层，作为第二保护环，所述poly层与pwell层交叠，与p+层不交叠。
采用dnw层将单个探测器与P-sub衬底分离，n+层作为接触孔将高电位传入dnw层，形成SPAD探测器的阴极，p+层作为SPAD探测器的阳极，接低电位。poly层与n+层直接连接，施加相同高电位，通过氧化层分压降低pwell与底部dnw层的电压差，有效降低p+边缘的电场强度，从而减少暗计数的产生。
有益效果：本发明提供的一种双保护环结构的SPAD探测器，相对于现有技术，具有明显优势，尤其是pwell阱和poly层的双保护环结构，能有效降低反应结边缘电场，从而降低SPAD探测器的暗计数。
附图说明
图1为本发明提供的一种双保护环结构的新型SPAD探测器的结构示意图；
图2为本发明提供的一种双保护环结构的新型SPAD探测器的平面版图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明作进一步的说明。
如图1所示是本发明提供的一种双保护环结构的新型SPAD探测器的结构示意图，从下到上分别是：1、p-sub层，表示晶圆本身的p型衬底，2、dnw层，表示注入深度较深的n型阱，3、n-type层，表示浓度相对dnw层较低的n型注入层，4、环形pwell，表示p型阱，其包围在p+层的四周，作为第一保护环，5、p+层，表示注入深度较浅，浓度较高的p型注入层，该p+层与正下方n-type层之间的结即为反应结，6、环形poly层，表示在硅片上方形成的多晶硅层，作为第二保护环，其作用包括：a）poly形成先于p+注入，故可以遮挡poly下方避免p+注入，一来使p+不会连接到杂质较多的STI区域，二来poly下方区域浓度止步于pwell的浓度，加高压时可降低边缘电场；b）工作时，poly与pn结阴极相连，施加高电位，故其经过分压后poly下方pwell上电压与n-type的电压差相对p+与n-type的电压差要小，边缘电场也会减小。图1结构中，硅片表面从中间到两边除了上述p+层和pwell层外，分别是：1、STI区域，表示浅沟隔离，主要用于隔离作用，2、n+层，表示注入深度较浅，浓度较高的n型注入层，主要用于接触孔连接，通过欧姆接触将高电位传入dnw层中。
如图2所示是本发明提供的一种双保护环结构的新型SPAD探测器的平面版图。图中，1与3之间形成的环是pwell层的区域，为第一保护环；圆2范围内是p+区域，所述p+区域外围由pwell环包围；圆3范围内又是AA区域，即有源区域；2与3之间形成的环上方是poly层，为第二保护环；3与4之间形成的环是STI区域；4与5之间形成的环是n+区域；5与6之间形成的环是STI区域；圆6下方均为dnw区域。
Claims (3)
1.一种双保护环结构的新型SPAD探测器，其特征在于p+层和n-type层之间形成的pn结作为反应结，p+层四周由pwell阱作为第一保护环，pwell保护环上方设计一层poly层，作为第二保护环，所述poly层与pwell层交叠，与p+层不交叠。
2.根据权利要求1所述的SPAD探测器，其特征还在于dnw层将单个探测器与P-sub衬底分离，n+层作为接触孔将高电位传入dnw层，形成SPAD探测器的阴极，p+层作为SPAD探测器的阳极，接低电位。
3.根据权利要求1、2所述的SPAD探测器，其特征还在于poly层与n+层直接连接，施加相同电位。
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|---|---|---|---|---|
| WO2022133660A1 (zh) * | 2020-12-21 | 2022-06-30 | 华为技术有限公司 | 单光子雪崩二极管及光电传感装置 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| 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 |
| CN107946389A (zh) * | 2017-11-14 | 2018-04-20 | 重庆邮电大学 | 一种针对长波段微弱光的cmos单光子雪崩二极管 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| 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 |
| CN107946389A (zh) * | 2017-11-14 | 2018-04-20 | 重庆邮电大学 | 一种针对长波段微弱光的cmos单光子雪崩二极管 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| NICLASS, C等: "A Single Photon Avalanche Diode Implemented in 130-nm CMOS Technology", 《IEEE JOURNAL OF SELECTED TOPICS IN QUANTUM ELECTRONICS》 * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2022133660A1 (zh) * | 2020-12-21 | 2022-06-30 | 华为技术有限公司 | 单光子雪崩二极管及光电传感装置 |
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