RU2290721C2 - Кремниевый фотоэлектронный умножитель (варианты) и ячейка для кремниевого фотоэлектронного умножителя - Google Patents

Кремниевый фотоэлектронный умножитель (варианты) и ячейка для кремниевого фотоэлектронного умножителя Download PDF

Info

Publication number
RU2290721C2
RU2290721C2 RU2004113616/28A RU2004113616A RU2290721C2 RU 2290721 C2 RU2290721 C2 RU 2290721C2 RU 2004113616/28 A RU2004113616/28 A RU 2004113616/28A RU 2004113616 A RU2004113616 A RU 2004113616A RU 2290721 C2 RU2290721 C2 RU 2290721C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
layer
silicon
type
locations
concentration
Prior art date
Application number
RU2004113616/28A
Other languages
English (en)
Inventor
Борис Анатольевич Долгошеин (RU)
Борис Анатольевич Долгошеин
Елена Викторовна Попова (RU)
Елена Викторовна Попова
Сергей Николаевич Клемин (RU)
Сергей Николаевич Клемин
Леонид Анатольевич Филатов (RU)
Леонид Анатольевич Филатов
Original Assignee
Борис Анатольевич Долгошеин
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Priority to RU2004113616/28A priority Critical patent/RU2290721C2/ru
Application filed by Борис Анатольевич Долгошеин filed Critical Борис Анатольевич Долгошеин
Priority to EP09013750.6A priority patent/EP2144287B1/en
Priority to AT05749398T priority patent/ATE451720T1/de
Priority to JP2007511306A priority patent/JP2007536703A/ja
Priority to DE602005018200T priority patent/DE602005018200D1/de
Priority to EP05749398A priority patent/EP1755171B8/en
Priority to CN2005800192481A priority patent/CN1998091B/zh
Priority to PCT/RU2005/000242 priority patent/WO2005106971A1/ru
Priority to KR1020067025572A priority patent/KR101113364B1/ko
Priority to US11/568,646 priority patent/US7759623B2/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2290721C2 publication Critical patent/RU2290721C2/ru

Links

Images

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
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components 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
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components 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
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components 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
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14643—Photodiode arrays; MOS imagers
    • 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
    • H01L31/04—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 adapted as photovoltaic [PV] conversion devices
    • H01L31/06—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 adapted as photovoltaic [PV] conversion devices characterised by potential barriers
    • 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
    • H01L31/115—Devices sensitive to very short wavelength, e.g. X-rays, gamma-rays or corpuscular radiation
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy

Landscapes

  • Power Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Light Receiving Elements (AREA)
  • Nitrogen And Oxygen Or Sulfur-Condensed Heterocyclic Ring Systems (AREA)
  • Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
  • Investigating Or Analysing Materials By The Use Of Chemical Reactions (AREA)
  • Measurement Of The Respiration, Hearing Ability, Form, And Blood Characteristics Of Living Organisms (AREA)

Abstract

Изобретение относится к полупроводниковым приборам, в частности к детекторам с высокой эффективностью регистрации светового излучения, в том числе видимой части спектра, и может быть использовано в ядерной и лазерной технике, а также в технической и медицинской томографии и т.п. Технический результат заключается в повышении эффективности регистрации света в широком диапазоне длин волн за счет увеличения чувствительности ячеек, в достижении высокого одноэлектронного разрешения и подавлении фактора избыточного шума. Сущность: кремниевый фотоэлектронный умножитель (вариант 1) содержит подложку р++-типа проводимости с концентрацией легирующей примеси 1018÷1020 см-3 и состоит из ячеек, каждая из которых включает в себя эпитаксиальный слой р-типа проводимости с градиентно изменяющейся концентрацией легирующей примеси 1018÷1014 см-3, выращенной на подложке, слой р-типа проводимости с концентрацией легирующей примеси 1015÷1017 см-3, слой n+-типа проводимости с концентрацией легирующей примеси 1018÷1020 см-3, в каждой ячейке на слое оксида кремния размещен поликремниевый резистор, соединяющий слой n+-типа проводимости с шиной питания, между ячейками расположены разделяющие элементы. Кремниевый фотоэлектронный умножитель (вариант 2) содержит подложку n-типа проводимости, на которую нанесен слой р++-типа проводимости с концентрацией легирующей примеси 1018÷1020 см-3 и состоит из ячеек, при этом структура ячеек такая же, как в варианте 1, в каждой ячейке на слое оксида кремния размещен поликремниевый резистор, между ячейками расположены разделяющие элементы. 3 н.п. ф-лы, 3 ил.

Description

Изобретение относится к полупроводниковым приборам, в частности к детекторам с высокой эффективностью регистрации светового излучения, в том числе видимой части спектра, и может быть использовано в ядерной и лазерной технике, а также в технической и медицинской томографии и т.п.
Известно устройство для регистрации одиночных фотонов ["Avalanche photodiodes and quenching circuits for single-photon detection", S.Cova, M.Ghioni, A.Lacaita, C.Samori and F.Zappa APPLIED OPTICS Vol.35 №12 20 April 1996], включающее кремниевую подложку, с выполненным на ней эпитаксиальным слоем, имеющим на поверхности маленькую (10-200 мкм) область (ячейку) противоположного к данному слою типа проводимости. К ячейке прикладывается напряжение обратного смещения выше пробойного. При поглощении фотона в этой области происходит гейгеровский разряд, который ограничивается внешним гасящим резистором. Такой счетчик одиночных фотонов обладает высокой эффективностью регистрации света, однако имеет очень маленькую чувствительную площадь, а также не способен измерять интенсивность светового потока. Для устранения этих недостатков необходимо использовать большое (≥103) число таких ячеек, размещенных на общей подложке площадью ≥1 мм2. Тогда каждая из таких ячеек работает как вышеописанный счетчик фотонов, в целом же прибор регистрирует интенсивность света, пропорциональную числу сработавших ячеек.
В качестве прототипа кремниевого фотоэлектронного умножителя принято устройство (см. RU2086047 С1, 27.07.97), включающее кремниевую подложку, на поверхности которой в эпитаксиальном слое расположено большое количество ячеек размерами 20-40 мкм. Роль гасящего резистора выполняет слой из специального материала, покрывающий ячейки. К недостаткам этого устройства следует отнести:
- понижение эффективности регистрации коротковолнового света за счет его поглощения в резистивном слое;
- недостаточно высокая эффективность регистрации длинноволнового света из-за малой глубины чувствительной области;
- наличие оптической связи между соседними ячейками, приводящей к тому, что при срабатывании одной из ячеек в гейгеровском разряде возникают вторичные фотоны, которые могут вызвать срабатывание (поджиг) соседних ячеек. Поскольку число таких фотонов пропорционально коэффициенту усиления, то это явление ограничивает коэффициент усиления, эффективность и одноэлектронное разрешение устройства. Кроме того, наличие оптической связи создает избыточный фактор шума, что ухудшает идеальные пуассоновские статистические характеристики и способность к счету малого числа фотонов;
- технологическая сложность нанесения резистивного слоя.
Технический результат заключается в повышении эффективности регистрации света в широком диапазоне длин волн за счет увеличения чувствительности ячеек, в достижении высокого одноэлектронного разрешения и подавлении фактора избыточного шума.
В качестве прототипа ячейки для кремниевого фотоэлектронного умножителя принята структура одиночной ячейки (размером около 20 мкм), выполненная в тонком эпитаксиальном слое и обеспечивающая однородность электрического поля в обедненном слое толщиной около 1 мкм. Структура ячейки обеспечивает низкое рабочее напряжение (M.Ghioni, S.Cova, A.Lacaita, G.Ripamonti "New epitaxial avalanche diode for single-photon timing at room temperature". Electronics Letters, 24, №24 (1988) 1476).
К недостаткам известной ячейки следует отнести недостаточную эффективность детектирования длинноволновой части спектра (≥450 мкм).
Технический результат заключается в повышении эффективности регистрации света в широком диапазоне длин волн за счет увеличения чувствительности ячеек, достижении высокого одноэлектронного разрешения.
Рассматриваются два варианта устройства кремниевого фотоэлектронного умножителя и конструкция ячейки для фотоэлектронного умножителя.
Технический результат (вариант 1) достигается за счет того, что кремниевый фотоэлектронный умножитель, содержащий подложку р++-типа проводимости с концентрацией легирующей примеси 1018÷1020 см-3, состоит из ячеек, каждая из которых включает в себя эпитаксиальный слой р-типа проводимости с градиентно изменяющейся концентрацией легирующей примеси 1018÷1014 см-3, выращенный на подложке, слой р-типа проводимости с концентрацией легирующей примеси 1015÷1017 см-3, слой n+-типа проводимости с концентрацией легирующей примеси 1018÷1020 см-3, в каждой ячейке на слое оксида кремния размещен поликремниевый резистор, соединяющий слой n+-типа проводимости с шиной питания, между ячейками расположены разделяющие элементы.
Слой n+-типа проводимости с концентрацией легирующей примеси 1018÷1020 см-3 образует донорную часть р-n-перехода.
Технический результат (вариант 2) достигается за счет того, что кремниевый фотоэлектронный умножитель, содержащий подложку n-типа проводимости, на которую нанесен слой р++-типа проводимости с концентрацией легирующей примеси 1018÷1020 см-3, состоит из ячеек, каждая из которых включает в себя эпитаксиальный слой p-типа проводимости с градиентно изменяющейся концентрацией легирующей примеси 1018÷1014 см-3, выращенный на слое p++-типа проводимости, слой р-типа проводимости с концентрацией легирующей примеси 1015÷1017 см-3, слой n+-типа проводимости с концентрацией легирующей примеси 1018÷1020 см-3, в каждой ячейке на слое оксида кремния размещен поликремниевый резистор, соединяющий слой n+ с шиной питания, между ячейками расположены разделяющие элементы.
Во втором варианте используется подложка n-типа проводимости (вместо подложки 1, используемой в первом варианте выполнения устройства), образующая с p-слоями ячеек обратный n-p-переход.
На фиг.1 представлена конструкция ячейки для кремниевого фотоэлектронного умножителя в соответствии с изобретением.
На фиг.2 представлен первый вариант кремниевого фотоэлектронного умножителя.
На фиг.3 представлен второй вариант кремниевого фотоэлектронного умножителя.
Кремниевый фотоэлектронный умножитель в соответствии с первым вариантом содержит подложку 1 р++-типа проводимости, эпитаксиальный слой 2 (ЭПИ), выращенный на подложке 1, слой 3 р-типа проводимости, слой 4 n+-типа проводимости, поликремниевый резистор 5, соединяющий слой 4 с шиной питания 6, слой 7 оксида кремния, разделяющие элементы 10.
Кремниевый фотоэлектронный умножитель в соответствии со вторым вариантом содержит кроме указанных элементов и связей слой 8 р++-типа проводимости и подложку 9 n-типа проводимости (вместо подложки 1 р++-типа проводимости).
Ячейка для кремниевого фотоэлектронного умножителя содержит эпитаксиальный слой 2 p-типа проводимости с градиентно изменяющейся концентрацией легирующей примеси 1018÷1014 см-3, выращенный на подложке 1, слой 3 p-типа проводимости с концентрацией легирующей примеси 1015÷1017 см-3, слой n+, образующий донорную часть p-n-перехода, с концентрацией легирующей примеси 1018÷1020 см-3, на слое 7 оксида кремния, нанесенного на фоточувствительную поверхность эпитаксиального слоя, размещен поликремниевый резистор 5, соединяющий слой 4 n+ с шиной питания 6.
Эффективная регистрации света в широкой области спектра (300-900 мкм) при сохранении низкого рабочего напряжения и высокой однородности электрического поля достигается в такой структуре путем создания встроенного электрического поля, которое возникает благодаря специально сформированному в эпитаксиальном слое градиентному профилю распределения легирующей примеси.
Концентрация примеси в эпитаксиальном слое понижается по направлению от подложки к фоточувствительной поверхности фотоэлектронного умножителя, которой является удаленная от подложки поверхность эпитаксиального слоя (фоточувствительная поверхность эпитаксиального слоя). На фоточувствительную поверхность кремниевого фотоэлектронного умножителя, а именно на фоточувствительную поверхность эпитаксиального слоя наносится слой 7 оксида кремния. В каждой ячейке на слое 7 оксида кремния размещен поликремниевый резистор 5, соединяющий слой 4 n+ с шиной 6 питания. Между ячейками расположены разделяющие элементы 10, выполняющие, в частности, функцию оптических барьеров.
Эпитаксиальный слой (второй вариант кремниевого фотоэлектронного умножителя) выращен на слое 8 p++-типа проводимости, расположенном на подложке 9 n-типа проводимости (концентрация легирующей примеси 1015÷1017 см-3). Между слоями 3 p-типа проводимости и подложкой 9 создается второй (обратный) n-p-переход, препятствующий проникновению фотоэлектронов, создаваемых вторичными фотонами гейгеровского разряда, в чувствительную область соседних ячеек. Кроме того, попадание вторичных гейгеровских фотонов в соседние ячейки предотвращается за счет выполнения разделяющих элементов (оптические барьеры) между ячейками, (которые, например, могут быть треугольной формы (V-образная канавка)) путем анизотропного травления кремния с ориентацией <100>.
Кремниевый фотоэлектронный умножитель состоит из независимых ячеек с размерами 20-100 мкм. Посредством алюминиевых шин все ячейки объединены и к ним приложено одинаковое напряжение смещения, превышающее пробойное, что обеспечивает работу в гейгеровском режиме. При попадании фотона в активную область ячейки, в ней развивается самогасящийся гейгеровский разряд. Гашение, то есть прекращение разряда, происходит из-за флуктуации числа носителей до нулевого значения при падении напряжения на p-n-переходе, благодаря наличию в каждой ячейке поликремниевого резистора 5 (токоограничивающий резистор). Токовые сигналы от сработавших ячеек, суммируются на общей нагрузке. Усиление каждой ячейки составляет величину до 107. Разброс величины усиления определяется технологическим разбросом величины емкости ячейки и напряжением пробоя ячейки и составляет менее 5%. Поскольку все ячейки одинаковые, отклик детектора на слабые световые вспышки пропорционален числу сработавших ячеек, т е. интенсивности света.
Одной из особенностей работы в гейгеровском режиме является зависимость усиления ячейки от напряжения смещения - линейная, что снижает требования к стабильности напряжения питания и к температурной стабильности.
На общую шину 6 (анод) подается положительное напряжение, величина которого должна обеспечивать гейгеровский режим работы (типовое значение лежит в интервале U=+20÷60 В), а также обеспечивать необходимую глубину обеднения слоев 1-2 мкм. При поглощении кванта света образующиеся носители заряда собираются не только из области обеднения, но и из необедненной переходной области, в которой из-за градиента концентрации примеси существует встроенное электрическое поле, заставляющее электроны двигаться к аноду. Таким образом, достигается большая глубина собирания зарядов, значительно превышающая глубину обедненной области, которая определяет низкое рабочее напряжение. Это обеспечивает максимально высокую эффективность регистрации света при фиксированной топологии ячеек и фиксированном рабочем напряжении.
Величина поликремниевого резистора 5 выбирается из условия достаточности для гашения лавинного разряда. Резистор технологически прост в изготовлении. Важной особенностью является то, что резистор располагается по периферии ячейки, не закрывая активной части, т.е. не уменьшая эффективности регистрации света
В конструкции кремниевого фотоэлектронного умножителя для подавления связи между ячейками между ними расположены разделяющие элементы, например, треугольной формы (образованные, например, при анизотропном травлении кремния с ориентацией <100> в жидкостных травителях на основе КОН).
Учитывая, что процессы в p-n и n-p-переходах протекают совершенно одинаково (с учетом обратных знаков носителей электрических зарядов), при выполнении заявленных устройств в инверсном варианте (слои с определенным типом проводимости меняются на противоположные), их работа осуществляется аналогично тому, как это описано для предлагаемого изобретения в настоящем описании и формуле изобретения. При этом признаки инверсных вариантов заявляемых устройств эквивалентны признакам, приведенным в данном описании и формуле изобретения.

Claims (3)

1. Кремниевый фотоэлектронный умножитель, содержащий подложку р++-типа проводимости с концентрацией легирующей примеси 1018÷1020 см-3, отличающийся тем, что он состоит из ячеек, каждая из которых включает эпитаксиальный слой р-типа проводимости с градиентно изменяющейся концентрацией легирующей примеси 1018÷1014 см-3, выращенный на подложке, слой р-типа проводимости с концентрацией легирующей примеси 1015÷1017 см-3, слой n+-типа проводимости с концентрацией легирующей примеси 1018÷1020 см-3, в каждой ячейке на слое оксида кремния размещен поликремниевый резистор, соединяющий слой n+-типа проводимости с шиной питания, между ячейками расположены разделяющие элементы.
2. Кремниевый фотоэлектронный умножитель, содержащий подложку n-типа проводимости, на которую нанесен слой р++-типа проводимости с концентрацией легирующей примеси 1018÷1020 см-3, отличающийся тем, что он состоит из ячеек, каждая из которых включает эпитаксиальный слой р-типа проводимости с градиентно изменяющейся концентрацией легирующей примеси 1018÷1014 см-3, выращенной на слое р++-типа проводимости, слой р-типа проводимости с концентрацией легирующей примеси 1015÷1017 см-3, слой n+-типа проводимости с концентрацией легирующей примеси 1018÷1020 см-3, в каждой ячейке на слое оксида кремния размещен поликремниевый резистор, соединяющий слой n+ с шиной питания, между ячейками расположены разделяющие элементы.
3. Ячейка кремниевого фотоэлектронного умножителя включает эпитаксиальный слой р-типа проводимости с градиентно изменяющейся концентрацией легирующей примеси 1018÷1014 см-3, слой р-типа проводимости с концентрацией легирующей примеси 1015÷1017 см-3, слой n+-типа проводимости с концентрацией легирующей примеси 1018÷1020 см-3, в ячейке на слое оксида кремния размещен поликремниевый резистор, соединяющий слой n+ с шиной питания.
RU2004113616/28A 2004-05-05 2004-05-05 Кремниевый фотоэлектронный умножитель (варианты) и ячейка для кремниевого фотоэлектронного умножителя RU2290721C2 (ru)

Priority Applications (10)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2004113616/28A RU2290721C2 (ru) 2004-05-05 2004-05-05 Кремниевый фотоэлектронный умножитель (варианты) и ячейка для кремниевого фотоэлектронного умножителя
AT05749398T ATE451720T1 (de) 2004-05-05 2005-05-05 Silizium-photovervielfacher mit zellenmatrix
JP2007511306A JP2007536703A (ja) 2004-05-05 2005-05-05 シリコン光電子増倍管（改良型）及びシリコン光電子増倍管用セル
DE602005018200T DE602005018200D1 (de) 2004-05-05 2005-05-05 Silizium-Photovervielfacher mit Zellenmatrix
EP09013750.6A EP2144287B1 (en) 2004-05-05 2005-05-05 Silicon avalanche photodetector array with graded doping concentration
EP05749398A EP1755171B8 (en) 2004-05-05 2005-05-05 Silicon photomultiplier with cell array
CN2005800192481A CN1998091B (zh) 2004-05-05 2005-05-05 硅光电倍增器及硅光电倍增器单元
PCT/RU2005/000242 WO2005106971A1 (fr) 2004-05-05 2005-05-05 Multiplicateur photoelectronique au silicium (variantes) et cellule pour multiplicateur photoelectronique au silicium
KR1020067025572A KR101113364B1 (ko) 2004-05-05 2005-05-05 실리콘 광전자 증배관 및 상기 실리콘 광전자 증배관을위한 셀
US11/568,646 US7759623B2 (en) 2004-05-05 2005-05-05 Silicon photoelectric multiplier (variants) and a cell for silicon photoelectric multiplier

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2004113616/28A RU2290721C2 (ru) 2004-05-05 2004-05-05 Кремниевый фотоэлектронный умножитель (варианты) и ячейка для кремниевого фотоэлектронного умножителя

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2290721C2 true RU2290721C2 (ru) 2006-12-27

Family

ID=35241944

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2004113616/28A RU2290721C2 (ru) 2004-05-05 2004-05-05 Кремниевый фотоэлектронный умножитель (варианты) и ячейка для кремниевого фотоэлектронного умножителя

Country Status (9)

Country Link
US (1) US7759623B2 (ru)
EP (2) EP2144287B1 (ru)
JP (1) JP2007536703A (ru)
KR (1) KR101113364B1 (ru)
CN (1) CN1998091B (ru)
AT (1) ATE451720T1 (ru)
DE (1) DE602005018200D1 (ru)
RU (1) RU2290721C2 (ru)
WO (1) WO2005106971A1 (ru)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE112009004341T5 (de) 2009-01-11 2012-06-21 Sergey Nikolaevich Klemin Halbleiter-Geigermodus-Mikrozellenphotodiode (Varianten)
RU2770147C1 (ru) * 2021-06-21 2022-04-14 Садыгов Зираддин Ягуб оглы Микропиксельный лавинный фотодиод
RU217698U1 (ru) * 2022-12-26 2023-04-12 Общество с Ограниченной Ответственностью "Марафон" (ООО "Марафон") Многоканальный источник напряжения для питания кремниевых фотоэлектронных детекторов на основе лавинных диодов

Families Citing this family (41)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101379615B (zh) 2006-02-01 2013-06-12 皇家飞利浦电子股份有限公司 盖革式雪崩光电二极管
US20080012087A1 (en) * 2006-04-19 2008-01-17 Henri Dautet Bonded wafer avalanche photodiode and method for manufacturing same
WO2008004547A1 (fr) * 2006-07-03 2008-01-10 Hamamatsu Photonics K.K. Ensemble photodiode
US7652257B2 (en) * 2007-06-15 2010-01-26 General Electric Company Structure of a solid state photomultiplier
DE102007037020B3 (de) 2007-08-06 2008-08-21 MAX-PLANCK-Gesellschaft zur Förderung der Wissenschaften e.V. Avalanche-Photodiode
WO2009019660A2 (en) * 2007-08-08 2009-02-12 Koninklijke Philips Electronics N.V. Silicon photomultiplier trigger network
ITTO20080046A1 (it) 2008-01-18 2009-07-19 St Microelectronics Srl Schiera di fotodiodi operanti in modalita' geiger reciprocamente isolati e relativo procedimento di fabbricazione
ITTO20080045A1 (it) 2008-01-18 2009-07-19 St Microelectronics Srl Schiera di fotodiodi operanti in modalita' geiger reciprocamente isolati e relativo procedimento di fabbricazione
KR100987057B1 (ko) * 2008-06-12 2010-10-11 한국과학기술원 광검출 효율이 향상된 실리콘 광전자 증배관 및 이를포함하는 감마선 검출기
DE102009017505B4 (de) * 2008-11-21 2014-07-10 Ketek Gmbh Strahlungsdetektor, Verwendung eines Strahlungsdetektors und Verfahren zur Herstellung eines Strahlungsdetektors
IT1392366B1 (it) * 2008-12-17 2012-02-28 St Microelectronics Rousset Fotodiodo operante in modalita' geiger con resistore di soppressione integrato e controllabile, schiera di fotodiodi e relativo procedimento di fabbricazione
IT1393781B1 (it) 2009-04-23 2012-05-08 St Microelectronics Rousset Fotodiodo operante in modalita' geiger con resistore di soppressione integrato e controllabile ad effetto jfet, schiera di fotodiodi e relativo procedimento di fabbricazione
KR101148335B1 (ko) * 2009-07-23 2012-05-21 삼성전기주식회사 실리콘 반도체를 이용한 광전자 증배관 및 그 구조 셀
WO2011015206A1 (en) * 2009-08-03 2011-02-10 MAX-PLANCK-Gesellschaft zur Förderung der Wissenschaften e.V. Highly efficient cmos technology compatible silicon photoelectric multiplier
KR101084940B1 (ko) * 2009-09-28 2011-11-17 삼성전기주식회사 실리콘 광전자 증배관
KR20110068070A (ko) * 2009-12-15 2011-06-22 삼성전기주식회사 실리콘 광전자 증배 소자를 이용한 저조도용 촬영 장치
WO2011122856A2 (ko) * 2010-03-30 2011-10-06 이화여자대학교 산학협력단 실리콘 광증배 소자
IT1399690B1 (it) 2010-03-30 2013-04-26 St Microelectronics Srl Fotodiodo a valanga operante in modalita' geiger ad elevato rapporto segnale rumore e relativo procedimento di fabbricazione
WO2011132015A1 (en) 2010-04-23 2011-10-27 MAX-PLANCK-Gesellschaft zur Förderung der Wissenschaften e.V. Silicon photoelectric multiplier
EP2603931B1 (en) 2010-08-10 2016-03-23 Max-Planck-Gesellschaft zur Förderung der Wissenschaften e.V. Silicon photoelectric multiplier with multiple "isochronic" read-out
CN102024863B (zh) * 2010-10-11 2013-03-27 湘潭大学 高速增强型紫外硅选择性雪崩光电二极管及其制作方法
KR101711087B1 (ko) 2010-12-07 2017-02-28 한국전자통신연구원 실리콘 포토멀티플라이어 및 그 제조 방법
KR101749240B1 (ko) 2010-12-17 2017-06-21 한국전자통신연구원 반도체 포토멀티플라이어의 상부 광학 구조 및 그 제작 방법
KR101648023B1 (ko) * 2010-12-21 2016-08-12 한국전자통신연구원 트렌치 분리형 실리콘 포토멀티플라이어
CA2821578C (en) * 2010-12-21 2016-03-22 Max-Planck-Gesellschaft Zur Forderung Der Wissenschaften E.V. Silicon photoelectric multiplier with optical cross-talk suppression due to special properties of the substrate
US8368159B2 (en) 2011-07-08 2013-02-05 Excelitas Canada, Inc. Photon counting UV-APD
KR101283534B1 (ko) * 2011-07-28 2013-07-15 이화여자대학교 산학협력단 실리콘 광전자 증배 소자의 제조방법
US8871557B2 (en) 2011-09-02 2014-10-28 Electronics And Telecommunications Research Institute Photomultiplier and manufacturing method thereof
JP5791461B2 (ja) 2011-10-21 2015-10-07 浜松ホトニクス株式会社 光検出装置
JP5984617B2 (ja) 2012-10-18 2016-09-06 浜松ホトニクス株式会社 フォトダイオードアレイ
JP5963642B2 (ja) 2012-10-29 2016-08-03 浜松ホトニクス株式会社 フォトダイオードアレイ
US20140159180A1 (en) * 2012-12-06 2014-06-12 Agency For Science, Technology And Research Semiconductor resistor structure and semiconductor photomultiplier device
KR101395102B1 (ko) 2013-02-14 2014-05-16 한국과학기술원 Ｐｃｂ 기판을 이용한 실리콘 광전자증배관의 패키징 방법
JP5925711B2 (ja) 2013-02-20 2016-05-25 浜松ホトニクス株式会社 検出器、ｐｅｔ装置及びｘ線ｃｔ装置
EP2793273B1 (en) * 2013-04-17 2016-12-28 Max-Planck-Gesellschaft zur Förderung der Wissenschaften e.V. Silicon photomultiplier with very low optical cross-talk and improved readout
US9410901B2 (en) * 2014-03-17 2016-08-09 Kla-Tencor Corporation Image sensor, an inspection system and a method of inspecting an article
TW202243228A (zh) * 2014-06-27 2022-11-01 日商半導體能源研究所股份有限公司 攝像裝置及電子裝置
DE102018119710A1 (de) * 2018-08-14 2020-02-20 Universität Leipzig Vorrichtung und verfahren zur bestimmung einer wellenlänge einer strahlung
CN109276268A (zh) * 2018-11-21 2019-01-29 京东方科技集团股份有限公司 X射线探测装置及其制造方法
US11428826B2 (en) 2019-09-09 2022-08-30 Semiconductor Components Industries, Llc Silicon photomultipliers with split microcells
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

Family Cites Families (36)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2108781B1 (ru) * 1970-10-05 1974-10-31 Radiotechnique Compelec
JPS5252593A (en) 1975-10-27 1977-04-27 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> Semiconductor light receiving diode
CA1177148A (en) * 1981-10-06 1984-10-30 Robert J. Mcintyre Avalanche photodiode array
JPS59119772A (ja) * 1982-12-24 1984-07-11 Fujitsu Ltd 半導体受光素子
NL187416C (nl) 1983-07-14 1991-09-16 Philips Nv Stralingsgevoelige halfgeleiderinrichting.
US4586068A (en) * 1983-10-07 1986-04-29 Rockwell International Corporation Solid state photomultiplier
JPH0799868B2 (ja) 1984-12-26 1995-10-25 日本放送協会 固体撮像装置
JPS61154063A (ja) * 1984-12-26 1986-07-12 Toshiba Corp 光半導体装置およびその製造方法
JPS63124458A (ja) 1986-11-12 1988-05-27 Mitsubishi Electric Corp 受光素子
US5146296A (en) * 1987-12-03 1992-09-08 Xsirius Photonics, Inc. Devices for detecting and/or imaging single photoelectron
US5923071A (en) 1992-06-12 1999-07-13 Seiko Instruments Inc. Semiconductor device having a semiconductor film of low oxygen concentration
JPH07240534A (ja) 1993-03-16 1995-09-12 Seiko Instr Inc 光電変換半導体装置及びその製造方法
RU2105388C1 (ru) * 1996-04-10 1998-02-20 Виктор Михайлович Горловин Лавинный фотоприемник
RU2086047C1 (ru) * 1996-05-30 1997-07-27 Зираддин Ягуб-оглы Садыгов Лавинный фотоприемник
US5844291A (en) 1996-12-20 1998-12-01 Board Of Regents, The University Of Texas System Wide wavelength range high efficiency avalanche light detector with negative feedback
JPH1126741A (ja) 1997-07-04 1999-01-29 Toshiba Corp 固体撮像装置
US5880490A (en) 1997-07-28 1999-03-09 Board Of Regents, The University Of Texas System Semiconductor radiation detectors with intrinsic avalanche multiplication in self-limiting mode of operation
IT246635Y1 (it) 1999-04-09 2002-04-09 Claber Spa Solenoide di comando per elettrovalvola in particolare per il controllo di impianti di irrigazione
IT1317199B1 (it) * 2000-04-10 2003-05-27 Milano Politecnico Dispositivo fotorivelatore ultrasensibile con diaframma micrometricointegrato per microscopi confocali
US6541836B2 (en) 2001-02-21 2003-04-01 Photon Imaging, Inc. Semiconductor radiation detector with internal gain
IES20010616A2 (en) 2001-06-28 2002-05-15 Nat Microelectronics Res Ct Microelectronic device and method of its manufacture
DE60322233D1 (de) 2002-09-19 2008-08-28 Quantum Semiconductor Llc Licht-detektierende vorrichtung
US6838741B2 (en) * 2002-12-10 2005-01-04 General Electtric Company Avalanche photodiode for use in harsh environments
WO2004100200A2 (en) 2003-05-01 2004-11-18 Yale University Solid state microchannel plate photodetector
WO2005048319A2 (en) 2003-11-06 2005-05-26 Yale University Large-area detector
US7160753B2 (en) 2004-03-16 2007-01-09 Voxtel, Inc. Silicon-on-insulator active pixel sensors
JP4841834B2 (ja) 2004-12-24 2011-12-21 浜松ホトニクス株式会社 ホトダイオードアレイ
CN101163988B (zh) 2005-04-22 2012-06-13 皇家飞利浦电子股份有限公司 用于tof-pet的数字硅光电倍增管
GB2426575A (en) 2005-05-27 2006-11-29 Sensl Technologies Ltd Photon detector using controlled sequences of reset and discharge of a capacitor to sense photons
GB2426576A (en) 2005-05-27 2006-11-29 Sensl Technologies Ltd Light sensor module comprising a plurality of elements in a close-tiled arrangement
US7268339B1 (en) 2005-09-27 2007-09-11 Radiation Monitoring Devices, Inc. Large area semiconductor detector with internal gain
CN101379615B (zh) 2006-02-01 2013-06-12 皇家飞利浦电子股份有限公司 盖革式雪崩光电二极管
WO2008004547A1 (fr) 2006-07-03 2008-01-10 Hamamatsu Photonics K.K. Ensemble photodiode
US8188563B2 (en) 2006-07-21 2012-05-29 The Regents Of The University Of California Shallow-trench-isolation (STI)-bounded single-photon CMOS photodetector
GB2446185A (en) 2006-10-30 2008-08-06 Sensl Technologies Ltd Optical assembly and method of assembly
GB2447264A (en) 2007-03-05 2008-09-10 Sensl Technologies Ltd Optical position sensitive detector

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE112009004341T5 (de) 2009-01-11 2012-06-21 Sergey Nikolaevich Klemin Halbleiter-Geigermodus-Mikrozellenphotodiode (Varianten)
RU2770147C1 (ru) * 2021-06-21 2022-04-14 Садыгов Зираддин Ягуб оглы Микропиксельный лавинный фотодиод
RU217698U1 (ru) * 2022-12-26 2023-04-12 Общество с Ограниченной Ответственностью "Марафон" (ООО "Марафон") Многоканальный источник напряжения для питания кремниевых фотоэлектронных детекторов на основе лавинных диодов

Also Published As

Publication number Publication date
EP2144287A1 (en) 2010-01-13
WO2005106971A1 (fr) 2005-11-10
JP2007536703A (ja) 2007-12-13
CN1998091B (zh) 2010-09-29
KR101113364B1 (ko) 2012-03-02
ATE451720T1 (de) 2009-12-15
EP1755171A1 (en) 2007-02-21
KR20070051782A (ko) 2007-05-18
EP1755171A4 (en) 2008-02-27
DE602005018200D1 (de) 2010-01-21
EP2144287B1 (en) 2016-12-07
EP1755171B8 (en) 2010-05-19
CN1998091A (zh) 2007-07-11
US20080251692A1 (en) 2008-10-16
US7759623B2 (en) 2010-07-20
EP1755171B1 (en) 2009-12-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2290721C2 (ru) Кремниевый фотоэлектронный умножитель (варианты) и ячейка для кремниевого фотоэлектронного умножителя
Otte The silicon photomultiplier-a new device for high energy physics, astroparticle physics, industrial and medical applications
US9728667B1 (en) Solid state photomultiplier using buried P-N junction
US11239382B2 (en) Semiconductor photomultiplier
US8729654B2 (en) Back-side readout semiconductor photomultiplier
JP2015041746A (ja) シングルフォトンアバランシェダイオード
JP2017005276A (ja) シングルフォトンアバランシェダイオード
TWI647858B (zh) 具有降低暗計數率之單光子雪崩光電二極體探測器的裝置和方法
CN110246903B (zh) 低噪声宽光谱响应的单光子雪崩光电二极管及其制作方法
CN106784054A (zh) 一种紫外雪崩光电二极管探测器及其探测方法
KR20200049816A (ko) 개선된 작동 전압 범위를 가지는 반도체 광전자증배관
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
US20210280734A1 (en) Multi-Junction Pico-Avalanche Detector
Kamrani et al. Premature edge breakdown prevention techniques in CMOS APD fabrication
US10290760B2 (en) Process of manufacturing an avalanche diode
US8766339B2 (en) Highly efficient CMOS technology compatible silicon photoelectric multiplier
CN206574724U (zh) 一种紫外雪崩光电二极管探测器
CN211957666U (zh) 应用于高灵敏光耦隔离芯片传感前端的光电雪崩二极管
EP3761376A1 (en) Single-photon avalanche diode detector array
KR101091205B1 (ko) 암전류가 감소된 실리콘 광전자 증배관
RU83361U1 (ru) Полупроводниковый микроячеистый гейгеровский фотодиод (варианты)
Topkar et al. Development of Silicon Photomultiplier sensors using a 180 nm custom CMOS process technology
KR101707897B1 (ko) 실리콘 광 증배 소자
WO2010080048A1 (en) Semiconductor geiger mode microcell photodiode (variants)
WO2021213674A1 (en) Photodiode and method for operating a photodiode

Legal Events

Date Code Title Description
PC43 Official registration of the transfer of the exclusive right without contract for inventions

Effective date: 20110908

MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20190506