CN117690936A - 一种位置灵敏硅光电倍增探测器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种位置灵敏硅光电倍增探测器，该硅光电倍增探测器包括：探测器主体，其包括由多个APD单元集成在硅外延片上形成的APD阵列，每个APD单元串联一个雪崩淬灭电阻；正面电极，其位于探测器主体正面的表面，所述正面电极包括环绕所述APD阵列的金属条以及设置于金属条的多个特定位置的、与金属条连接的多个金属引出电极，所述金属条和多个金属引出电极形成封闭的金属电极结构，每个引出电极用于独立输出信号；背面电极，其位于探测器主体背面硅衬底的外侧；所有APD单元的表面由均匀连续的重掺杂硅电阻层连接，正面电极的金属条形成在硅电阻层边缘的重掺杂区的表面且与重掺杂区接触并环绕APD阵列。本发明具有响应线性度高、畸变程度小的优点。

Description

一种位置灵敏硅光电倍增探测器
本申请是申请日为2020年6月30日，申请号为202010608650.X，发明名称为“位置灵敏硅光电倍增探测器”的专利申请的分案申请。
技术领域
本发明涉及光电探测技术领域，尤其是涉及具有位置探测灵敏度的一种硅光电倍增探测器。
背景技术
光电位置探测器是现代工业检测、航天对接、三维形貌测量、机器人视觉和生物医学中很重要的一类图像传感器件。目前主要的图像传感器有电荷耦合器件(CCD-chargecoupled devices)、光电二极管列阵检测器、基于PIN和APD(avalanche photodiodedetector，雪崩光电二极管探测器)的位置灵敏探测器。其中，CCD是阵列型(分割型)器件，分辨率受像素尺寸限制，响应速度较慢，且生产过程复杂，价格较昂贵；光电二极管阵列是由许多光电二极管以线阵或面阵的形式在一块芯片上的集成，其引出电极多，从而读出通道多，读出电子学复杂；基于PIN的位置灵敏探测器具有较高的位置分辨率且价格低廉，但内部无增益，因此信噪比较差；基于APD的位置灵敏探测器，有几十-几百的增益，信噪比有所改善，但其大面积的P-N结构使其不能进行单光子计数，且增益低，使得在弱光探测领域的应用受到了限制；而一般硅光电倍增探测器(SiPM)，虽然具有高增益的优点，但由于其表面重掺杂区是非连续的，不能利用表层电阻层的分流效应，不具备位置分辨能力。
在专利号为“ZL201410276066.3”，发明名称为“硅光电倍增探测器”的中国专利中，提供了一种具有位置探测灵敏度的硅光电倍增探测器(Position Sensitive SiPM,PS-SiPM)，其雪崩淬灭电阻由硅外延片外延层制备，所有APD单元在器件表面由均匀连续的重掺杂硅电阻层连接，故可利用其表面连续电阻层的分流效应来确定光信号的位置。该专利中的PS-SiPM给出了三种正面读出电极：(1)正面电极有4个，分别位于探测器的四条边上，即呈四边形布局；(2)正面电极有4个，分别位于探测器的四个角上，即呈钉扎型布局；(3)正面电极有2个，由二个相互平行并与探测器边沿平行的金属电极条构成。
发明人在实现本发明的过程中发现，专利号为“ZL201410276066.3”的中国专利中，正面金属电极是分割开的，起到信号引出作用，且引出信号的金属块面积较大，入射光斑的位置信息及其线性度由器件表面均匀连续的重掺杂硅电阻层中信号电流分布决定，器件的位置响应线性度较低，存在较明显的畸变现象(参见Zhao T,Li B,Li C,et al."NewDistortion Correction Algorithm for Two-Dimensional Tetra-LateralPosition-Sensitive SiliconPhotomultiplier."IEEE Electron Device Letters,2017,38(2):228-231.)。并且，受金属电极影响，金属电极附近区域的位置分辨率降低。如何设计一种灵敏度高、分辨率高、电路配置简单、响应速度快、位置响应线性度高(畸变程度小)的位置灵敏硅光电倍增探测器，是一个有待解决的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种新的位置灵敏硅光电倍增探测器，以解决现有技术中的一个或多个问题。
根据本发明的一个方面，提供的一种位置灵敏硅光电倍增探测器包括：
探测器主体、正面电极和背面电极，所述探测器主体包括由多个雪崩光电二极管APD单元集成在硅外延片上形成的APD阵列，APD单元之间由硅外延片上的所围绕的PN结的深耗尽区所隔离，且每个APD单元串联一个雪崩淬灭电阻；所述正面电极位于所述探测器主体正面的表面，所述背面电极位于所述探测器主体背面硅衬底的外侧；其特征在于，
所述正面电极包括环绕所述APD阵列的多个金属条以及设置于所述金属条的端部位置的、与所述金属条连接的多个金属块引出电极，所述金属条和所述多个金属块引出电极形成封闭的金属电极结构，每个金属块引出电极用于独立输出信号，以通过同时测量的各引出电极电流的大小，通过利用电流的大小与入射位置之间的关系计算来得到光子的入射位置信息；
其中，所有APD单元的表面由均匀连续的重掺杂硅电阻层连接，所述正面电极的金属条形成在所述硅电阻层边缘的重掺杂区的表面且与所述重掺杂区接触并环绕所述APD阵列；
所述环绕所述APD阵列的多个金属条的宽度为1微米至30微米，每条金属条的电阻阻值为1欧姆至300欧姆之间。
可选地，所述硅电阻层边缘的重掺杂区为与所述硅电阻层外围接壤的、与所述硅电阻层具有相同的导电类型以及不同的浓度的边缘重掺杂层。
可选地，所述硅电阻层边缘的重掺杂区为与所述硅电阻层外围接壤的、与所述硅电阻层具有相同的导电类型以及相同或不同的浓度的边缘重掺杂层。
可选地，形成的APD阵列为矩形、圆饼形或等边多边形，所述封闭的金属电极结构为相应的矩形框、圆形框或等边多边形框。
可选地，所述等边多边形框包括方形框，在所述封闭的金属电极结构为方形框或矩形框的情况下，所述多个金属块引出电极为在封闭的金属电极结构的4个角部设置的4个金属电极；在所述封闭的金属电极结构为圆形框的情况下，所述多个金属块引出电极为在沿金属条所在的圆周均匀分布的3个以上的金属块电极；在所述封闭的金属电极结构为等边多边形框的情况下，所述多个金属块引出电极为在所述等边多边形的角部设置的多个金属块电极。
可选地，所述金属条与所述均匀连续的重掺杂硅电阻层或所述硅电阻层边缘的重掺杂区形成欧姆接触，所述重掺杂硅电阻层边缘的重掺杂区与所述重掺杂硅电阻层的导电类型相同、重掺杂浓度相同或不同。
可选地，所述封闭的金属电极结构金属条为一条封闭的金属条或由多条金属条经所述多个金属块引出电极相接而形成；所述金属条的材料为铝、铝-硅合金、铬、钛、铜或者金。
可选地，所述硅外延片导电类型为P型或N型；所述均匀连续的重掺杂硅电阻层的导电类型为N型或P型。
可选地，所述金属引出电极为金属块引出电极，所述每一金属块引出电极的面积为1百平方微米至4万平方微米。
可选地，所述金属条与金属块引出电极为相同或不同的导电材料。
可选地，所述金属条的多个预定位置为所述金属条上的对称位置。
本发明提供的位置灵敏硅光电倍增探测器具有灵敏度高、分辨率高、电路配置简单、响应速度快、位置响应线性度高(畸变程度小)的优点。
本发明的附加优点、目的，以及特征将在下面的描述中将部分地加以阐述，且将对于本领域普通技术人员在研究下文后部分地变得明显，或者可以根据本发明的实践而获知。本发明的目的和其它优点可以通过在书面说明及其权利要求书以及附图中具体指出的结构实现到并获得。
本领域技术人员将会理解的是，能够用本发明实现的目的和优点不限于以上具体所述，并且根据以下详细说明将更清楚地理解本发明能够实现的上述和其他目的。
附图说明
参照以下附图，将更好地理解本发明的许多方面。附图中：
图1为本发明一实施例中硅光电倍增探测器的剖面结构示意图。
图2为本发明另一实施例中硅光电倍增探测器的剖面结构示意图。
图3为本发明一实施例中方形硅光电倍增探测器的正面电极结构俯视示意图。
图4、图5和图6分别是本发明实施例中硅光电倍增探测器形状为矩形、圆饼形、等边六边形时的正面电极结构俯视示意图。
图7a为现有的具有四边形电极的PS-SiPM在经过算法修正前的位置误差分布。
图7b为现有的具有四边形电极的PS-SiPM在经过算法修正后的位置误差分布。
图7c为本发明实施例提供的方形金属框电极的PS-SiPM的位置误差分布。
具体实施方式
下面，对本发明的优选实施方式进行详细说明。这些优选实施方式的示例在附图中进行了例示。附图中所示和根据附图描述的本发明的实施方式仅仅是示例性的，并且本发明的技术精神及其主要操作不限于这些实施方式。
在此，还需要说明的是，为了避免因不必要的细节而模糊了本发明，在附图中仅仅示出了与根据本发明的方案密切相关的结构和/或处理步骤，而省略了与本发明关系不大的其他细节。
应该强调，术语“包括/包含/具有”在本文使用时指特征、要素、步骤或组件的存在，但并不排除一个或更多个其它特征、要素、步骤或组件的存在或附加。在此，还需要说明的是，如果没有特殊说明，术语“连接”在本文不仅可以指直接连接，也可以表示存在中间物的间接连接。
由于在专利号为“ZL201410276066.3”的“硅光电倍增探测器”专利中，正面金属电极是分割开的，不是连续的整体，仅起到单纯的信号引出作用，且引出信号的金属块面积比较大，入射光斑的位置信息及其线性度由器件表面均匀连续的重掺杂硅电阻层中信号电流分布决定，器件的位置响应线性度较低，存在较明显的畸变现象，且边沿附近位置分辨率较差。本发明为了解决该问题，提供了一种改进横向电极设计的PS-SiPM，即正面电极由位于APD单元表面上的窄金属条以及设置于金属条的特定位置、与金属条连接的面积较大的金属块组成，金属块仅起信号电流引出作用，金属条自身的电阻起到向其两端的金属块分配电流的作用，其不仅兼有一般PIN或APD位置灵敏探测器具有的对位置探测灵敏、位置探测分辨率高、电路配置简单的优点；还具有现有SiPM具有的探测灵敏度高、响应速度快的优点，以及现有PS-SiPM所不具备的位置响应线性度高、畸变程度小、边沿附近位置分辨率高的优点。
本发明提出的改进的PS-SiPM包括：探测器主体、正面电极和背面电极，其中，探测器主体包括由多个雪崩光电二极管(APD)单元集成在硅外延片上形成的APD阵列，例如由10个至500万个APD单元集成在同一个硅外延片上组成，在此，10个至500万个APD单元仅为示例，本发明并不限于此，探测器主体还可以包括更少或更多数量的APD单元。硅外延片上的每个APD包括用于邻接形成PN结的第一导电类型(如N型或P型)的半导体区和第二导电类型(如不同于第一到点类型的P型或N型)的半导体区。APD单元之间由硅外延片上的PN结的深耗尽区所隔离，且每个APD单元串联一个雪崩淬灭电阻，用于淬灭APD的雪崩击穿。正面电极位于探测器主体正面的表面。背面电极位于探测器主体背面硅衬底的外侧。
图1所示为本发明一实施例中改进的PS-SiPM的剖面结构示意图。在图1所示的结构中，APD阵列的所有APD单元集成在同一个硅基底上，图1中N型低阻硅衬底材料(如单面抛光、<111>晶向硅衬底9)上通过外延生长形成有N型外延层(或称外延片)8，N型外延层8上通过掺杂工艺形成有多个N型重掺杂区(高电场区)阵列7，N型重掺杂区阵列7上方形成有P型重掺杂层6，该P型重掺杂层6作为连接所有APD单元表面的均匀连续的重掺杂硅电阻层，该均匀连续的重掺杂硅电阻层可用作PS-SiPM的分流电阻。在图1所示的结构中，N型重掺杂区阵列7和P型重掺杂层6邻接形成PN结阵列，对应形成多个APD单元，即APD阵列。APD单元之间由所围绕的PN结的较深耗尽区所隔离。此外，如图1所示，P型重掺杂层6上表面的对应APD阵列的区域形成有起保护和增透作用的减反射膜3，P型重掺杂层6边缘部分的表面上围绕减反射膜3形成与P型重掺杂层6接触的金属条2，从而使得该金属条2环绕APD阵列且与重掺杂区6接触。该金属条2优选为封闭的金属条。在本发明实施例中，APD阵列可以形成为方形、矩形、圆饼形或等边多边形(如六边形)等形状，相应地，封闭的金属条2也可形成为相应的方形框、矩形框、圆形框或等边多边形框等，相应地，探测器主体也可形成为方形、矩形、圆饼形或等边多边形(如六边形)等形状，如图3-6所示，这些形状仅为示例，本发明并不限于此。再参照图1和图3-6，封闭的金属条的多个预定位置设有金属引出电极(或称正面引出电极、引出电极)1，每个正面引出电极1独立输出信号，作为示例，在封闭的金属条为方形框或矩形框的情况下，多个正面引出电极可以为在封闭的金属条的4个角部设置的4个金属电极；在封闭的金属条为圆形框的情况下，多个引出电极可以为在沿金属条所在的圆周均匀分布的3个以上的金属电极(图5中为3个)；在封闭的金属条为等边多边形框的情况下，多个引出电极为在等边多边形的各角部设置的多个金属电极(如6个，参见图6)。在本发明一些实施例中，金属引出电极1可以为金属块，金属块引出电极的面积比较小，例如可以为1百平方微米至4万平方微米。封闭的金属条可由一条或多条金属条相接而形成，金属条的宽度可以为1微米至30微米，每条金属条的电阻阻值可以为1欧姆至300欧姆之间，金属条的材料可以为铝、铝-硅合金、铬、钛、铜或者金。以上金属块的面积以及金属条的宽度和阻值仅为示例，本发明并不限于此。封闭的金属条和在金属条的预定位置与金属条连接的多个金属引出电极(金属块)形成本发明实施例中的整体的一个封闭的、环绕APD阵列的正面电极。在本发明一些其他实施例中，金属条也可以是不封闭的，而是包括多条隔开的金属条，在这种情况下，可以通过金属条之间的金属块将金属条进行连接而形成封闭的正面电极。在本发明另一些实施例中，封闭的金属条为由一条或多条金属条相接而形成。
此外，在图1所示的PS-SiPM的剖面结构中，引出电极1和外延片8之间为起隔离作用的二氧化硅层4。背面电极10位于探测器主体背面硅衬底的外表面。在本发明实施例中，引出电极1可用来与前置放大器或模数转换器(ADC)芯片的引出电极电气连接，背面电极10可作为所有APD单元的电压偏置公共端和总的输出信号电流的引出端。
在本发明图1所示的实施例中，探测器的尺寸例如可设计为6mm×6mm。该尺寸仅为举例，本发明并不限于此，还可以设计为更大或更小。
在本发明另选实施例中，作为替换，外延片还可以是：P型低阻衬底上的N型外延层，N型低阻衬底上的N型外延层，或N型低阻衬底上的P型外延层。此外，N型重掺杂区(高电场区)7可替换为P型重掺杂层，此时，均匀连续的重掺杂硅电阻层(P型重掺杂区6)相应替换为N型重掺杂区。
在本发明实施例中，在纵向方向，每个APD单元都串联一个雪崩淬灭电阻，雪崩淬灭电阻例如可由硅外延层制备，可以便于简化淬灭电阻相关的制造工艺及连接工艺，提高连接品质；在另一些实施例中，淬灭电阻可以是单独制作的一部分，之后通过可能的方式(例如电接触)电连接至对应APD单元的第一半导体区(如P型重掺杂层6)。
在图1所示的方形形状的探测器的表面，一圈金属条2与重掺杂区6接触，在方形金属条2的四个角上设置了4个与其电学连接的金属块1作为正面引出电极，当光子入射到探测器中工作于击穿电压之上的APD单元时，雪崩倍增电流被分为四份，经表面均匀连续的电阻层先流向四边边缘处的金属条，再分别经由金属条流向金属条两端的引出电极，引出电极电流的大小与入射光子位置到边缘金属条的连续层电阻大小，以及边缘处金属条上的电流流入处到两端的引出电极间的电阻大小有关，该电阻又与入射光子位置到金属条，以及到四角上的引出电极之间的距离有关。而边缘金属条的阻值可以在一定程度上调节器件位置响应的线性度。通过同时测量各引出电极电流的大小，通过利用电流的大小与入射位置之间的关系进行计算，便可以得到光子的入射位置信息。这样的PS-SiPM有很多优点，不仅灵敏度高，响应速度快，制作简单，而且位置响应线性度高、畸变程度小等。
下面的公式(1)给出了方形金属框结构的PS-SiPM的入射光子位置计算公式：
其中，xc与yc分别表示探测到的入射光子的横坐标和纵坐标位置(以器件中心处为坐标原点)；k表示优化比例系数，可以通过实验校准得到；L为器件活性区的边长；Q1-4依次分别为左下角、右下角、右上角、左上角(参见图3)上的引出电极收集到的电荷量。
图7a至图7c给出了根据现有技术(如专利ZL201410276066.3对应的硅光电倍增探测器)制备的具有四边形电极的现有PS-SiPM(活性区面积为2.77×2.77mm2)与根据本发明制备的具有方形金属框电极的PS-SiPM(活性区面积为6×6mm2)的位置误差分布图。图中十字代表光斑的实际入射重心位置，原点代表器件检测到的光斑入射重心位置。其中，图7a是现有四边形电极结构的PS-SiPM在经过算法修正前的位置误差分布，可以看出存在严重的桶型畸变；图7b是现有四边形电极结构的PS-SiPM在经过复杂的修正算法后，桶型畸变得到了一定程度的缓解，然而在器件边缘处，畸变仍然存在。而图7c是根据本发明制备的具有图1所示的方形金属框电极的PS-SiPM的位置误差分布，可以明显看出，畸变现象几乎不存在。
下面进行对现有PS-SiPM和本发明的PS-SiPM这两种类型的PS-SiPM进行定量的位置误差与位置响应线性度对比。
探测器件的平均位置误差可用如下公式(2)表示：
公式(2)中，δ表示器件的平均位置误差；n表示测量点的个数；xi与yi表示在第i个测量点，光斑的实际入射重心位置；xci与yci表示在第i个测量点，PS-SiPM器件测量得到的光斑入射重心位置。
公式(3)则表示了PS-SiPM器件的检测位置与实际位置之间的线性关系程度，即线性度α，式中δ为器件的平均位置误差，L为器件活性区的边长。
根据公式(2)与公式(3)，图7a所展示的现有PS-SiPM在经过算法修正前的平均位置误差为109.7μm，线性度约为3.9％；图7b展示的经过复杂的修正算法后的PS-SiPM的平均位置误差为47.8μm，线性度约为1.7％；而图7c所展示的具有本发明的方形金属框电极的PS-SiPM的平均位置误差为107.9μm，线性度约为1.7％。
根据上述比较可以看出本发明的具有方形金属框电极的PS-SiPM几乎不存在畸变现象，无需经过复杂的算法修正，即可得到较高的位置响应线性度。另外，由于本例中研制的具有方形金属框电极的PS-SiPM器件面积相对原有的四边形电极PS-SiPM扩大了四倍左右，器件的电容增大，而本实验的读出电子学未经优化，放大器的输入阻抗较大，导致一定的低通滤波效应，因此得到的位置误差与线性度并不是最理想的结果，后续经过改善读出电子学，还可以得到更高的位置响应线性度。
图1所示的PS-SiPM结构仅为本发明的一个示例。图2所示为本发明另一实施例中PS-SiPM的剖面结构示意图。图2所示的结构与图1的不同之处在于：在重掺杂的均匀连续的硅电阻层6外围形成有重掺杂区5与硅电阻层6接壤。均匀连续的硅电阻层6和与其接壤的重掺杂区5具有相同的导电类型，可以为P型或N型，但可以具有不同的掺杂浓度和分布。当然，均匀连续的硅电阻层和与其接壤的重掺杂区不仅具有相同的导电类型，也可以有相同的掺杂浓度和分布，此时二者合二为一，对应的PS-SiPM结构就变为图1所示的结构。
在图2所示的方形探测器的表面，一圈金属条2与重掺杂区5接触，方形金属条2的四个角上设置了4个与其电学连接的金属块1作为引出电极，当光子入射到探测器中工作于击穿电压之上的APD单元时，雪崩倍增电流被分为四份，经表面均匀连续的电阻层先流向四边边缘处的金属条，再分别经由金属条流向金属条两端的引出电极，引出电极电流的大小与入射光子位置到边缘金属条的连续层电阻大小，以及边缘处金属条上的电流流入处到两端的引出电极间的电阻大小有关，该电阻又与入射光子位置到金属条，以及到四角上的引出电极之间的距离有关。而边缘金属条的阻值可以在一定程度上调节器件位置响应的线性度。通过同时测量各引出电极电流的大小，通过计算，便可以得到光子的入射位置信息。这样的PS-SiPM有很多优点，不仅灵敏度高，响应速度快，制作简单，而且位置响应线性度高、畸变程度小等。
如上是以方形PS-SiPM为例对本发明进行了原理性描述，但本发明并不限于此，本发明的PS-SiPM还可设计成其他形状，如图4-图6所示的矩形形状、圆形形状和多边形形状等。无论是什么形状，其原理都是类似的。例如在图5所示的圆形PS-SiPM结构中，通过在圆形框金属条上均匀设置多个(如3个或更多个)金属块作为引出电极，当光子入射到探测器中工作于击穿电压之上的APD单元时，雪崩倍增电流被分为多份，经表面均匀连续的电阻层先流向边缘处的圆形框金属条，再分别经由金属条流向金属条圆周上的引出电极，基于各引出电极电流的大小与体现入射光子位置的入射光子位置到边缘金属条的连续层电阻大小以及边缘处金属条上的电流流入处到引出电极间的电阻大小关系，便可以得到光子的入射位置信息。对于多边形形状的PS-SiPM，同样可以基于各引出电极的电流大小得到光子的入射位置信息。
综上所述，在本发明各实施例中，PS-SiPM探测器包括多个雪崩光电二极管APD单元集成在硅外延片上形成的APD阵列，硅外延片导电类型为P型或N型。所有APD单元的表面由均匀连续的重掺杂硅电阻层连接，该均匀连续的重掺杂硅电阻层用作位置灵敏探测时的分流电阻。边缘的重掺杂区的表面形成有与重掺杂区接触的、环绕APD阵列的封闭的金属条，金属条与均匀连续的硅电阻层或与硅电阻层接壤的重掺杂区形成欧姆接触；封闭的金属条的多个预定位置设有引出电极，每个正面引出电极独立输出信号，封闭的金属条与引出电极可称为金属框电极。均匀连续的硅电阻层和与其接壤的重掺杂区的导电类型相同，为N型或P型，且具有相同的掺杂浓度和分布或不同的掺杂浓度和分布。
探测器形状可以为矩形、方形、圆饼形或多边形。例如，方形金属条的宽度为1微米至30微米。金属块引出电极的面积很小，约为1百平方微米至4万平方微米。
与现有技术中的PS-SiPM探测器不同，本发明的正面金属框电极是连续的整体，不是分割开的，并且从多个引出电极独立引出信号，引出信号的金属块面积很小，入射光斑位置信息及其线性度由器件表面均匀连续的重掺杂硅电阻层和金属框电极上的电流分布共同决定。边缘区域的金属条的电阻大小在一定程度可以调节位置响应关系的线性度。因此，本发明提供的位置灵敏硅光电倍增探测器不仅灵敏度高、分辨率高、电路配置简单、响应速度快，还具有位置响应线性度高，畸变程度小的优点。
本发明中，针对一个实施方式描述和/或例示的特征，可以在一个或更多个其它实施方式中以相同方式或以类似方式使用，和/或与其他实施方式的特征相结合或代替其他实施方式的特征。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明实施例可以有各种更改和变化。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 (8)

1.一种位置灵敏的硅光电倍增探测器，所述硅光电倍增探测器包括：探测器主体、正面电极和背面电极，所述探测器主体包括由多个雪崩光电二极管APD单元集成在硅外延片上形成的APD阵列，APD单元之间由硅外延片上的所围绕的PN结的深耗尽区所隔离，且每个APD单元串联一个雪崩淬灭电阻；所述正面电极位于所述探测器主体正面的表面，所述背面电极位于所述探测器主体背面硅衬底的外侧；其特征在于，
所述正面电极包括环绕所述APD阵列的多个金属条以及设置于所述金属条的端部位置的、与所述金属条连接的多个金属块引出电极，所述金属条和所述多个金属块引出电极形成封闭的金属电极结构，每个金属块引出电极用于独立输出信号，以通过同时测量的各引出电极电流的大小，通过利用电流的大小与入射位置之间的关系计算来得到光子的入射位置信息；
其中，所有APD单元的表面由均匀连续的重掺杂硅电阻层连接，所述正面电极的金属条形成在所述硅电阻层边缘的重掺杂区的表面且与所述重掺杂区接触并环绕所述APD阵列；
所述环绕所述APD阵列的多个金属条的宽度为1微米至30微米，每条金属条的电阻阻值为1欧姆至300欧姆之间；
所述封闭的金属电极结构金属条为一条封闭的金属条或由多条金属条经所述多个金属块引出电极相接而形成；
每一金属块引出电极的面积为1百平方微米至4万平方微米。
2.根据权利要求1所述的硅光电倍增探测器，其特征在于：
所述硅电阻层边缘的重掺杂区为与所述硅电阻层外围接壤的、与所述硅电阻层具有相同的导电类型以及不同的浓度的边缘重掺杂层。
3.根据权利要求1所述的硅光电倍增探测器，其特征在于：
形成的APD阵列为矩形、圆饼形或等边多边形，所述封闭的金属电极结构为相应的矩形框、圆形框或等边多边形框。
4.根据权利要求3所述的硅光电倍增探测器，其特征在于，
所述等边多边形框包括方形框，在所述封闭的金属电极结构为方形框或矩形框的情况下，所述多个金属块引出电极为在封闭的金属电极结构的4个角部设置的4个金属电极；在所述封闭的金属电极结构为圆形框的情况下，所述多个金属块引出电极为在沿金属条所在的圆周均匀分布的3个以上的金属块电极；在所述封闭的金属电极结构为等边多边形框的情况下，所述多个金属块引出电极为在所述等边多边形的角部设置的多个金属块电极。
5.根据权利要求1所述的硅光电倍增探测器，其特征在于，
所述金属条与所述均匀连续的重掺杂硅电阻层或所述硅电阻层边缘的重掺杂区形成欧姆接触，所述重掺杂硅电阻层边缘的重掺杂区与所述重掺杂硅电阻层的导电类型相同、重掺杂浓度相同或不同。
6.根据权利要求1所述的硅光电倍增探测器，其特征在于，
所述硅外延片导电类型为P型或N型；
所述均匀连续的重掺杂硅电阻层的导电类型为N型或P型。
7.根据权利要求1所述的硅光电倍增探测器，其特征在于：
所述金属条与金属块引出电极为相同或不同的导电材料。
8.根据权利要求1所述的硅光电倍增探测器，其特征在于：
所述金属条的多个预定位置为所述金属条上的对称位置。
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