CN117059632A - 一种低探测盲区雪崩二极管传感器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种低探测盲区雪崩二极管传感器，包括制备于传感器芯片上的SPAD像元二维阵列，所述SPAD像元二维阵列包括：至少两个连续排布的SPAD像元构成的像元排布区；用于集中摆放多个SPAD像元控制检测电路的AFE集中摆放区，所述AFE集中摆放区包括控制检测电路摆放区域和围绕所述控制检测电路摆放区域设置的隔离区域；其中，所述像元排布区和AFE集中摆放区在阵列内周期性交替排布，且相邻AFE集中摆放区域的空间周期大于两个相邻像元中心的间距。本发明的雪崩二极管传感器，通过对SPAD像元和控制检测电路分别进行集中布局，并进行周期性排布，显著减少了像元和控制电路之间的隔离区域所占用的面积，并避免了因AFE单元过于聚集导致阵列中产生大面积的探测盲区。
Description
技术领域
本发明涉及半导体技术领域，具体涉及一种基于特定控制检测电路布局方法的低探测盲区雪崩二极管传感器。
背景技术
雪崩二极管包括APD和SPAD。其中APD是雪崩光电二极管(Avalanche Photodiode)的缩写，SPAD是单光子雪崩二极管的首字母缩写(Single Photon Avalanche Diode)。
如图1所示，SPAD的工作原理是将SPAD反向偏置于雪崩电压Vbd之上，使其发生雪崩现象，并通过该现象实现光信号的迅速放大。从而SPAD是一个被反向偏置的PN结。反向偏置电压的大小为在雪崩电压Vbd基础上再叠加一个过载电压Vex。于是，这个PN结就会工作于盖革(Geiger)模式。图1表示的是SPAD的3个工作状态。初期状态1是加了偏置电压后，SPAD进入了OFF状态。当该状态受到触发(Trigger)后产生雪崩击穿，于是SPAD进入了大电流的ON状态2。当SPAD工作于盖革模式时，光增益为百万数量级。该无限大的增益是由半导体内的碰撞离化现象(impact ionization)所产生的。该现象所产生的大电流虽然叫做击穿，但是由于大量的电子并不会破坏晶体结构，所以并没有器件的损伤。最后，这个大电流会降低SPAD的偏置电压，把SPAD带入到状态3。
SPAD在发生雪崩之后，二极管两端的电荷随着雪崩电流减小。把SPAD带入到状态3，这个过程是淬灭过程。淬灭结束后，需要再次把SPAD加上过电压Vex，这个过程是复位过程。通常，需要一个复位电路把Vex和SPAD进行连接。而这个复位电路可以有主动复位电路和被动复位电路。对于复位电路来说，在设计的时候需要考虑到淬灭功能，有时候也会根据设计需要加入淬灭电路。上述(可包含淬灭功能的)复位电路和对应SPAD的信号检出电路共同构成了SPAD的控制检测电路AFE(Analog Front End)。如图2(a)、(b)所示为SPAD的两种不同接法，信号既可以从负极(Cathode)接出来，也可以从正极(Anode)接出来。
如图3所示为传统的SPAD和对应控制检测电路(AFE)的摆放方式。对于前照式FSI(Front side illumination)或者非像元级连接的背照式BSI(Back side illumination)工艺下的SPAD传感器来说，控制检测电路(AFE)需要和SPAD像元摆放在同一个芯片上。由于SPAD像元需要反向高压，所以AFE和SPAD之间需要有隔离区域。该隔离区域在像元尺寸大的时候(比如说50um或30um的时候)对于填充系数Fill factor(SPAD像元区域所占的面积相对于SPAD像元和控制电路所占面积和的比例系数)的影响较小。但是当像元的尺寸较小(比如说15um，10um甚至更小)的时候，会对Fill factor有较大影响，从而造成芯片面积的浪费，并严重影响光子的捕捉效率。
发明内容
针对上述问题，为了提高填充系数Fill factor，可以考虑将多个SPAD的AFE电路集中在一起摆放。但集中摆放可能会造成AFE单元过于聚集导致探测阵列中产生大面积的探测盲区，因此需要对集中摆放的AFE单元和SPAD进行排布。基于此，本发明提供了一种低探测盲区雪崩二极管传感器，通过如下技术方案实现提高SPAD传感器芯片填充系数的同时降低探测盲区的技术目的：
一种低探测盲区雪崩二极管传感器，包括制备于传感器芯片上的SPAD像元二维阵列，所述SPAD像元二维阵列包括：
至少两个连续排布的SPAD像元构成的像元排布区；
用于集中摆放多个SPAD像元控制检测电路的AFE集中摆放区，所述AFE集中摆放区包括控制检测电路摆放区域和围绕所述控制检测电路摆放区域设置的隔离区域；
其中，所述像元排布区和AFE集中摆放区在阵列内周期性交替排布，且相邻AFE集中摆放区域的空间周期大于两个相邻像元中心的间距。
在一些实施例中，所述AFE集中摆放区包括至少两种类型，不同类型的AFE集中摆放区内摆放不同类型的控制检测电路，并周期性交替排布。
在一些实施例中，所述AFE集中摆放区包括两种类型，其中第一类AFE集中摆放区内摆放的控制检测电路采用主动淬灭/复位模式，第二类AFE集中摆放区内摆放的控制检测电路采用被动淬灭/复位模式。
在一些实施例中，所述像元排布区内的像元包括至少两种不同类型的SPAD像元，不同类型的SPAD像元周期性交替排布。
在一些实施例中，不同类型的SPAD像元用于探测不同波段的光波。
在一些实施例中，不同类型的SPAD像元分别用于探测RGB三种波长的光波。
在一些实施例中，不同类型的SPAD像元为大小或型号不同的像元。
在一些实施例中，一个或多个像元排布区内的像元分为n组，n≥2，每组像元对应一个AFE集中摆放区，并与该AFE集中摆放区以固定摆放模式排布为一个摆放单元，不同的摆放单元在行或列方向上交替或交错排布，并在整个阵列内形成周期性交替排布。
在一些实施例中，所述AFE集中摆放区占用的面积为单个SPAD像元占用面积的整数倍。
在一些实施例中，所述AFE集中摆放区包括至少两种类型，所述SPAD像元二维阵列的一行或一列仅配置有一种类型的AFE集中摆放区，所述SPAD像元二维阵列的一行或一列仅配置有一种类型的AFE集中摆放区，并以预设摆放模式与像元排布区周期性交替摆放，且不同类型的AFE集中摆放区对应的像元排布区内连续排布的SPAD像元的个数不同；采用不同摆放模式的行/列在整个阵列内周期性交替排布。
在一些实施例中，所述SPAD像元二维阵列还包括配置于阵列边缘的边缘AFE集中摆放区，所述边缘AFE集中摆放区用于摆放由于边界导致的内部AFE集中摆放区无法控制的SPAD像元的控制检测电路。
在一些实施例中，所述SPAD像元二维阵列基于FSI或者非像元级互联的BSI工艺制备。
本发明的有益技术效果如下：
本发明通过对SPAD像元和控制检测电路分别进行集中布局，并进行周期性排布，显著减少了像元和控制电路之间的隔离区域所占用的面积，并避免了因AFE单元过于聚集导致探测阵列中产生大面积的探测盲区，在缩小芯片面积、有效提高SPAD传感器填充系数的同时保证了传感器的探测效果，从而为基于FSI或者非像元级互联的BSI工艺低成本地制备具有高填充系数及良好探测效果的雪崩二极管传感器奠定了技术基础。
附图说明
图1为SPAD的工作模式及三种状态转换的示意图。
图2为现有技术中SPAD的AFE包含的电路及两种不同接法的示意图。
图3为传统的传感器芯片上SPAD和对应控制检测电路(AFE)的摆放方式示意图。
图4为本发明的示出实施例中SPAD对应的控制检测电路(AFE)集中摆放的几个示例性实例。
图5为本发明的示出实施例中SPAD排布区和AFE集中摆放区周期性摆放实例一的示意图。
图6为本发明的示出实施例中SPAD排布区和AFE集中摆放区周期性摆放实例二的示意图。
图7为本发明的示出实施例中SPAD排布区和AFE集中摆放区周期性摆放实例三的示意图。
图8为本发明的示出实施例中SPAD排布区和AFE集中摆放区周期性摆放实例四的示意图。
图9为本发明的示出实施例中SPAD排布区和AFE集中摆放区周期性摆放实例五的示意图。
图10为本发明的示出实施例中SPAD排布区和AFE集中摆放区周期性摆放实例六的示意图。
图11为本发明的示出实施例中SPAD排布区和AFE集中摆放区周期性摆放实例七的示意图。
图12为本发明的示出实施例中SPAD排布区和AFE集中摆放区周期性摆放实例八的示意图。
图13为本发明的示出实施例中配置使能电路的SPAD及其控制检测电路的示出实例。
图14为本发明的示出实施例中SPAD及其控制检测电路的一种具体实例。
图15为本发明的示出实施例中不同摆放方式下信号线的布置及中续信号传递示意图。
图16为本发明的示出实施例中SPAD阵列配置延迟补偿电路的示意图。
图17为本发明的低探测盲区雪崩二极管传感器一种应用实例的示意图。
图18为本发明的低探测盲区雪崩二极管传感器另一种应用实例的示意图。
具体实施方式
为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的限制。
需要说明的是，在下述的一个或多个实施例中，正偏压表示该偏置电压相对于(芯片的)电源地为正或较高，负偏压表示该偏置电压相对于(芯片的)电源地为负或较低。
为了提高芯片填充系数Fill factor，本发明中将多个SPAD的控制检测电路AFE集中在一起摆放。如图4所示为集中摆放的几个示出性实例：
如图4(a)所示的摆放方式实例中，包括由6个SPAD像元10沿纵向依序摆放组成的像元组，以及对应该像元组的AFE集中摆放区20，其包括控制检测电路摆放区域20a和围绕控制检测电路摆放区域设置的隔离区域20b。该像元组中所有像元的控制检测电路集中配置于AFE集中摆放区域20a内。本实例中，像元组和AFE集中摆放区20一起构成条形区域，从而使SPAD和AFE在整体上只占用一列区域，便于在整个芯片上进行重复的阵列式摆放，构成具有较高填充系数的SPAD像元二维阵列。
图4(b)和图4(c)所示的摆放方式实例与图4(a)中类似，区别在于图4(b)中对应该像元组的AFE集中摆放区配置于两部分像元之间，图4(c)中像元组中的7个SPAD像元摆放成倒U形，对应该像元组的AFE集中摆放区及隔离区域配置于U形开口处，整体上构成一个较为规整的矩形区域。
图4(d)和图4(e)所示实例中，像元组中的6个SPAD像元分成两部分沿纵向依序摆放，对应该像元组的AFE集中摆放区配置于两部分像元之间。其中，图4(d)中AFE集中摆放区与上部分像元相邻，与下部分像元间隔三个像元大小的间隔区；图4(e)中AFE集中摆放区与下部分像元相邻，与上部分像元间隔三个像元大小的间隔区13。采用这两种摆放方式，像元组的摆放方式更加灵活，便于在整个芯片上进行重复的阵列式摆放。
在上述实施例中，至少有6个像元共用一个AFE集中摆放区域。这样可以显著减少隔离区域的面积。如果每个AFE集中摆放区域的面积和一个SPAD像元的面积相等，则整体填充系数可以达到6/7。按照保守估计，如果把2个SPAD像元的AFE摆放到一个和SPAD像元的面积相等的AFE集中摆放区域，则至少也能达到2/3的Fill factor。
但集中摆放可能会造成AFE单元过于聚集导致探测阵列中产生大面积的探测盲区，因此需要对集中摆放的AFE单元和SPAD进行排布。
基于此，本发明提供了一种低探测盲区雪崩二极管传感器，包括制备于传感器芯片上的SPAD像元二维阵列，所述SPAD像元二维阵列包括：
至少两个连续排布的SPAD像元构成的像元排布区；
用于集中摆放多个SPAD像元控制检测电路的AFE集中摆放区，所述AFE集中摆放区包括控制检测电路摆放区域和围绕所述控制检测电路摆放区域设置的隔离区域；
其中，所述像元排布区和AFE集中摆放区在阵列内周期性交替排布，且相邻AFE集中摆放区域的空间周期大于两个相邻像元中心的间距。
此处的空间周期是指一个周期单元在某个方向上平移一段距离后与该处的周期单元形成重复，该平移的距离即可视为该周期单元的空间周期。
通过上述方案，即可实现在提高SPAD传感器芯片填充系数的同时降低探测盲区的目的。
下述一个或多个实施例中，SPAD像元二维阵列基于FSI或者非像元级互联的BSI工艺制备。
实施例1
如图5所示，示出了本发明中SPAD排布区和AFE集中摆放区周期性摆放的一个实例。图5所示实例为整个SPAD像元二维阵列100的一部分，其中，连续排布的SPAD像元10在第一行构成像元排布区101，与之相邻的为AFE集中摆放区20，其包括控制检测电路摆放区域和围绕控制检测电路摆放区域设置的隔离区域。在第一行上，像元排布区101和AFE集中摆放区20周期性交替排布。与之类似，在其它行上，像元排布区和AFE集中摆放区也周期性交替排布，且每行的AFE集中摆放区以固定的间隔与上一行的AFE集中摆放区错开摆放，从而在整个阵列上形成周期性交替排布。
需要说明的是，本发明中，所述的像元排布区为任意的SPAD像元连续排布构成的区域，比如图5中第一列的6个连续排布的SPAD像元同样构成了像元排布区102，本实施例和下述其它实施例中为了说明给出的像元排布区的示例并不构成对该特征的具体限定。另外，图5及后续其它附图中示出的AFE集中摆放区20均包括控制检测电路摆放区域和围绕控制检测电路摆放区域设置的隔离区域，只是为了图示清楚简洁，图中并未区分；实际布置可参考图4。
本实施例中，相邻AFE集中摆放区域的空间周期大于两个相邻SPAD像元中心的间距。周期性交替排布的布局使像元阵列的制备保持方便，而分散的AFE集中摆放区排布则避免了由于AFE集中摆放区过于聚集导致探测阵列中产生大面积的探测盲区。
实施例2
如图6所示，示出了本发明中SPAD排布区和AFE集中摆放区周期性摆放的另一个实例。本实施例的主要技术构思与实施例1相似，在本实施例中未作解释的特征，采用实施例1中的解释，在此不再进行赘述。本实施例的主要特征在于：
图6所示实例为整个SPAD像元二维阵列110的一部分。本实例中，AFE集中摆放区包括第一类AFE集中摆放区20和第二类AFE集中摆放区21，分别用于摆放不同类型的控制检测电路。其中，第一类AFE集中摆放区20和第二类AFE集中摆放区21分别配置在不同行上，并与各自所在行上的由6个SPAD像元连续排布构成的像元排布区周期性交替排布。另外，每行的AFE集中摆放区以固定的间隔与上一行的AFE集中摆放区错开摆放，从而在整个阵列上形成周期性交替排布。
在一种示出性实施方案中，第一类AFE集中摆放区20内摆放的控制检测电路采用主动淬灭/复位模式，以减小死区时间，可用于高照度的情况；第二类AFE集中摆放区21内摆放的控制检测电路采用被动淬灭/复位模式，制程简单，可降低成本。
实施例3
如图7所示，示出了本发明中SPAD排布区和AFE集中摆放区周期性摆放的另一个实例。本实施例的主要技术构思与实施例1相似，在本实施例中未作解释的特征，采用实施例1中的解释，在此不再进行赘述。本实施例的主要特征在于：
图7所示实例为整个SPAD像元二维阵列120的一部分。本实例中，构成像元排布区的SPAD像元包括第一类SPAD像元10和第二类SPAD像元11，在一行上，两类像元交替排布构成像元排布区，并与各自所在行上的AFE集中摆放区周期性交替排布。另外，每行的AFE集中摆放区以固定的间隔与上一行的AFE集中摆放区错开摆放，从而在整个阵列上形成周期性交替排布。
需要说明的是，在另外的实例中，构成像元排布区的SPAD像元可以包括3种类型或以上，以满足不同情况下的需求，上述实例对此不构成具体限定。
在一种示出性实施方案中，不同类型的SPAD像元用于探测不同波段的光波。如一种像元用于探测可见波段的光，一种像元用于探测红外波段的像元，从而可同时在不同波段进行探测。
在另一种示出性实施方案中，不同类型的SPAD像元分别用于探测RGB三种波长的光波，用于生成彩色图像。
在另一种示出性实施方案中，可采用两种大小不等的像元，大像元感度高，用于探测弱光情形，小像元能耗小，用于探测强光情形。
实施例4
如图8所示，示出了本发明中SPAD排布区和AFE集中摆放区周期性摆放的另一个实例。本实施例的主要技术构思与实施例1相似，在本实施例中未作解释的特征，采用实施例1中的解释，在此不再进行赘述。本实施例的主要特征在于：
图8所示实例为整个SPAD像元二维阵列的一部分。本实例中，构成像元排布区的SPAD像元均为同一种类型，但根据对应的AFE集中摆放区的不同分为2组(10a、10b)。如图8(a)所示，每组像元(6个)与对应的AFE集中摆放区以固定摆放模式排布为一个摆放单元，从而形成了两种摆放单元。进而，如图8(b)所示，两种摆放单元在列方向上交错排布，且不同的列以固定间隔错位排列，在整个阵列内形成周期性交替排布。需要说的是，图中的AFE集中摆放区也均为同一类型的AFE集中摆放区，仅是为了区分不同的摆放模式而区分为第一AFE集中摆放区20和第二AFE集中摆放区21。
图9示出了同类型的另一种摆放实例。其与图8中所示摆放实例的区别仅在于图9(b)所示的阵列中，每一列均可视为图9(a)所示的两种摆放方式构成的阵列单元交错组合而成。其余特征与图8中所示实例相似，在此不作赘述。
上述实例中，SPAD像元二维阵列中含有两种及以上SPAD-AFE集中摆放模式，能够增加阵列电路控制的灵活度。
实施例5
如图10所示，示出了本发明中SPAD排布区和AFE集中摆放区周期性摆放的另一个实例。本实施例的主要技术构思与实施例1相似，在本实施例中未作解释的特征，采用实施例1中的解释，在此不再进行赘述。本实施例的主要特征在于：
基于加工工艺的不同，本实施例中，AFE集中摆放区20占用的面积为单个SPAD像元10占用面积的2倍。在另外的其它实例中，AFE集中摆放区占用的面积为单个SPAD像元10占用面积的整数倍。采用此种设计，可便于将AFE集中摆放区和SPAD像元一起摆放构成整齐的阵列。
实施例6
如图11所示，示出了本发明中SPAD排布区和AFE集中摆放区周期性摆放的另一个实例。本实施例的主要技术构思与实施例2相似，在本实施例中未作解释的特征，采用实施例2中的解释，在此不再进行赘述。本实施例的主要特征在于：
图11所示实例为整个SPAD像元二维阵列的一部分。本实例中，AFE集中摆放区包括对应第一类像元的第一类AFE集中摆放区20和对应第二类像元的第二类AFE集中摆放区21，分别用于摆放不同类型的控制检测电路。其中，第一类AFE集中摆放区20和第二类AFE集中摆放区21分别配置在不同行上，第一类AFE集中摆放区20与所在行上的由6个SPAD像元连续排布构成的像元排布区周期性交替排布，第二类AFE集中摆放区21与所在行上的由3个SPAD像元连续排布构成的像元排布区周期性交替排布。配置了两类AFE集中摆放区的行在阵列内交替排布，并在整个阵列上形成固定空间周期的周期性交替排布。
采用上述设计，不同类型的AFE集中摆放区控制的列数不同，便于改变采样的列数。如第一类AFE集中摆放区用于一次扫描较多的像元，第二类AFE集中摆放区用于一次扫描较少的像元。
实施例7
如图12所示，示出了本发明中SPAD排布区和AFE集中摆放区周期性摆放的另一个实例。本实施例的主要技术构思与实施例1相似，在本实施例中未作解释的特征，采用实施例1中的解释，在此不再进行赘述。本实施例的主要特征在于：
在实施例1所示像元阵列的边缘，配置了边缘AFE集中摆放区22，其用于摆放由于边界导致的内部AFE集中摆放区无法控制的SPAD像元的控制检测电路。
本发明的方案中，由于AFE集中摆放区分散排布，边缘处的SPAD像元可能没有对应AFE，需要对其进行特殊设计。采用本实施例中的方案即可解决该问题，从而保证阵列中的所有像元均可被控制检测到。
实施例8
本实施例中，包括由至少两个SPAD像元组成的像元组，以及与该像元组对应的设置于AFE集中摆放区域内的控制检测电路。控制检测电路除了复位淬灭电路、信号检出电路，还包括对应像元组中的单个或多个像元设置的使能电路，其用于基于使能信号控制像元与信号检出电路之间的电气连接状态。
通过上述设计，即可通过相应的使能信号动态调整像元与信号检出电路、复位电路之间的连接关系，实现控制检测电路的分时复用。通过电路复用，比起现有技术里每一个像元需要独立的复位电路和信号检出电路的方案来说，能够显著减少芯片面积，提高集成度，从而多个像元的控制检测电路可集中配置在一个AFE集中摆放区内。
如图13所示，在一种具体示出实施示例中，为配置使能电路的SPAD及其控制检测电路，包括两个像元SPAD1、SPAD2，两个像元的正极分别耦接负偏压-Vbd，负极分别通过由两个高压PMOS M1、M2构成的使能电路1和使能电路2耦接由一个高压PMOS M3和一个高压NMOS M4连接构成的信号检出电路，并通过由MOS管M0构成的复位淬灭电路耦接正偏压Vex。
本实施例中，通过使能信号1和使能信号2控制两个高压PMOS的通断，即可控制两个像元与信号检出电路之间的电气连接状态。尤其的，可以将上述电路配置为在同一时刻，只有一个SPAD像元和“复位和/或淬灭”和/或“信号检出电路”相连，实现控制检测电路的分时复用。
需要说明的是，为了说明方便，上述实例仅给出了单独配置使能电路的2个SPAD像元。实际设计时，可根据需要将像元组中的像元配置为2个以上，从而实现对应多个像元的控制检测电路的分时复用。
实施例9
如图14所示，示出了本发明中SPAD及其控制检测电路的一个实例。如图14(a)所示，SPAD的正极耦接负偏压-Vbd，阴极经由高压MOS管M3构成的使能电路耦接信号检出电路，并经过由高压MOS管M2和M1构成的复位淬灭电路耦接正偏压Vex。其中，上述信号检出电路和复位淬灭电路集中摆放于该像元对应的AFE集中摆放区内。本实施例中，信号检出电路还被配置为接收其它信号检出电路产生的输入中续信号，并基于该输入中续信号和检测到的本地电信号产生输出中续信号，以完成信号在SPAD像元阵列中的传输。
进一步的，如图14(b)和图14(c)所示，在一些实施例中，信号检出电路30-33、34-37设置为多个，每个信号检出电路对应SPAD像元阵列中的多个像元。同时，位于中间部分的信号检出电路还被配置为接收相邻或间隔的信号检出电路产生的输入中续信号，并基于该输入中续信号和检测到的本地电信号产生输出中续信号。
配置具备中续功能的信号检出电路有减少信号传输时间延迟的分散的作用。其机理如下：
当SPAD阵列较大，包含数百行和数百列的SPAD的时候，存在距离后续处理电路比较远的SPAD。对于这些SPAD的雪崩信号来说，从SPAD附近传出到阵列之外需要经过几毫米距离的传输，在传输过程中有较大寄生电容和电阻。
由于需要对2维SPAD阵列的雪崩信号进行读出，假设对于该阵列在列方向上进行读出。由于配线资源的不足，不同行的SPAD需要共用读出配线。
如果对雪崩信号不进行中续，则SPAD信号被读出的时候有较大的寄生电容和寄生电阻，导致波形的变化比较缓慢。在SPAD阵列之外接受上述SPAD的雪崩信号的晶体管的Vth的分散(该分散由制造工艺决定)所造成的时间精度上的分散会被放大。
通过对雪崩信号进行中续，则较大的寄生电容和寄生电阻被分成复数个较小的寄生电容和寄生电阻。从而每一个中续信号的波形的变化都比较快。同时，由于雪崩信号通过了多个中续电路，每个中续电路都接受上述SPAD的雪崩信号。寄生电容和寄生电阻造成的延迟效果被每个晶体管的Vth的整体效果所平均。从而信号传输时间延迟的分散被减小。
实施例10
如图15所示为本发明的示出实施例中不同摆放方式下信号线的布置及中续信号传递示意图。如图15(a)所示，AFE集中摆放区20集中摆放连续排布的6个像元10对应的控制检测电路，并通过一组信号线14连接各个像元。AFE集中摆放区20摆放的控制检测电路包括信号检出电路，其耦接中续信号配线15。由于该区域内输入中续信号和输出中续信号的配线分别设置且不存在重合路径，因此配置于同一配线路径上，以起到节约配线占用面积的效果。图15(b)所示的示例效果与之类似。图15(a)和图15(b)所示的示例中，均可同时读出6个SPAD像元的信号。
实施例11
如图16所示本发明的示出实施例中SPAD阵列配置延迟补偿电路的示意图。本实施例中，AFE集中摆放区中配置的控制检测电路还包括延迟补偿电路，该延迟补偿电路用于对输出的中续信号进行延迟补偿。
SPAD-AFE阵列在多行信号同时读出的时候，来自不同行的信号可能经过的信号检出电路的个数不同，从而导致延迟不同。从SPAD-AFE阵列的一边输入一个脉冲信号，检测该SPAD-AFE阵列和该输入脉冲信号相对一边的输出中续信号的延迟，即可通过本实施例中的延迟补偿电路基于该延迟对不同位置输出信号的传播延迟进行补偿。
实施例12
如图17所示，本示出性实施例为本发明中低探测盲区雪崩二极管控制电路应用于激光雷达的示意图。
实施例13
如图18所示，本示出性实施例为本发明中低探测盲区雪崩二极管控制电路应用于汽车雷达的示意图。
以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
Claims (12)
1.一种低探测盲区雪崩二极管传感器，其特征在于，包括制备于传感器芯片上的SPAD像元二维阵列，所述SPAD像元二维阵列包括：
至少两个连续排布的SPAD像元构成的像元排布区；
用于集中摆放多个SPAD像元控制检测电路的AFE集中摆放区，所述AFE集中摆放区包括控制检测电路摆放区域和围绕所述控制检测电路摆放区域设置的隔离区域；
其中，所述像元排布区和AFE集中摆放区在阵列内周期性交替排布，且相邻AFE集中摆放区域的空间周期大于两个相邻像元中心的间距。
2.如权利要求1所述的低探测盲区雪崩二极管传感器，其特征在于，所述AFE集中摆放区包括至少两种类型，不同类型的AFE集中摆放区内摆放不同类型的控制检测电路，并周期性交替排布。
3.如权利要求2所述的低探测盲区雪崩二极管传感器，其特征在于，所述AFE集中摆放区包括两种类型，其中第一类AFE集中摆放区内摆放的控制检测电路采用主动淬灭/复位模式，第二类AFE集中摆放区内摆放的控制检测电路采用被动淬灭/复位模式。
4.如权利要求1所述的低探测盲区雪崩二极管传感器，其特征在于，所述像元排布区内的像元包括至少两种不同类型的SPAD像元，不同类型的SPAD像元周期性交替排布。
5.如权利要求4所述的低探测盲区雪崩二极管传感器，其特征在于，不同类型的SPAD像元用于探测不同波段的光波。
6.如权利要求4所述的低探测盲区雪崩二极管传感器，其特征在于，不同类型的SPAD像元分别用于探测RGB三种波长的光波。
7.如权利要求4所述的低探测盲区雪崩二极管传感器，其特征在于，不同类型的SPAD像元为大小或型号不同的像元。
8.如权利要求1所述的低探测盲区雪崩二极管传感器，其特征在于，一个或多个像元排布区内的像元分为n组，n≥2，每组像元对应一个AFE集中摆放区，并与该AFE集中摆放区以固定摆放模式排布为一个摆放单元，不同的摆放单元在行或列方向上交替或交错排布，并在整个阵列内形成周期性交替排布。
9.如权利要求1所述的低探测盲区雪崩二极管传感器，其特征在于，所述AFE集中摆放区占用的面积为单个SPAD像元占用面积的整数倍。
10.如权利要求2所述的低探测盲区雪崩二极管传感器，其特征在于，所述AFE集中摆放区包括至少两种类型，所述SPAD像元二维阵列的一行或一列仅配置有一种类型的AFE集中摆放区，并以预设摆放模式与像元排布区周期性交替摆放，且不同类型的AFE集中摆放区对应的像元排布区内连续排布的SPAD像元的个数不同；采用不同摆放模式的行/列在整个阵列内周期性交替排布。
11.如权利要求1-10任一项所述的低探测盲区雪崩二极管传感器，其特征在于，所述SPAD像元二维阵列还包括配置于阵列边缘的边缘AFE集中摆放区，所述边缘AFE集中摆放区用于摆放由于边界导致的内部AFE集中摆放区无法控制的SPAD像元的控制检测电路。
12.如权利要求1-10任一项所述的低探测盲区雪崩二极管传感器，其特征在于，所述SPAD像元二维阵列基于FSI或者非像元级互联的BSI工艺制备。
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