基于CMOS工艺的高探测效率SPAD设计

发布时间：2021-12-24 16:44

　　单光子雪崩二极管是单光子探测器的核心器件之一,可用于检测光信号。随着光电探测技术的日趋成熟,基于180nm CMOS工艺的单光雪崩二极管具有响应速度快、功耗低、体积小、批量生产以及易于集成的特点,一直以来都受到科学界和工业界的高度重视。常被用于荧光寿命成像、近红外光学X线照相（NIROT）、早期疾病检测和医学诊断、拉曼光谱等多个领域。硅（Si）作为单光子雪崩二极管的普遍材料,可以探测波长在300nm～1100nm范围的光信号。但由于硅材料本身性质的影响,导致器件整体光子探测效率不高,特别是对长波长范围内,光的吸收并不理想。如何通过结构创新改善单光子雪崩二极管波长探测情况成为如今研究的重点。首先,本文对单光子雪崩二极管的工作原理进行阐述,并描述单光子雪崩二极管的性能参数:击穿电压、光谱响应、雪崩发生率、光子探测效率、量子效率等。列举现有两种创新型单光子雪崩二极管结构,分析各自结构优点与不足。然后,提出了一种具有双电荷层结构的单光子雪崩二极管。P+区域为光吸收区,主PN结由P-charge/deep n-well接触形成,边缘p-/deep n-well接触用于防止边缘击穿。deep n-... 

【文章来源】：杭州电子科技大学浙江省

【文章页数】：65 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

PMT与SPAD图像扫描对比

(a)PN图光电效

(b)能带图

【参考文献】：
期刊论文
[1]高性能单光子雪崩二极管在180 nm CMOS工艺中的设计与实现（英文）[J]. 金湘亮,曹灿,杨红姣.  红外与毫米波学报. 2018(01)
[2]基于标准CMOS工艺的非接触式保护环单光子雪崩二极管[J]. 吴佳骏,谢生,毛陆虹,朱帅宇.  光子学报. 2018(01)
[3]高光电探测效率CMOS单光子雪崩二极管器件[J]. 王巍,陈婷,李俊峰,何雍春,王冠宇,唐政维,袁军,王广.  光子学报. 2017(08)
[4]500V沟槽阳极LIGBT的设计与优化[J]. 邵雷,李婷,陈宇贤,王颖.  北京工业大学学报. 2012(08)
[5]光电效应物理演示实验仪器的研究与设计[J]. 林晓珑,何春凤,冯毅,余成龙.  物理实验. 2011(12)
[6]盖革模式APD阵列激光雷达的三维成像仿真[J]. 吴丽娟,李丽,任熙明.  红外与激光工程. 2011(11)
[7]光子计数模式下的目标探测与成像[J]. 尹丽菊,陈钱,顾国华,周蓓蓓.  强激光与粒子束. 2011(03)
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硕士论文
[1]基于硅和锗的新型APD结构设计与研究[D]. 魏佳童.哈尔滨工程大学 2016
[2]应用于FLIM的SPAD图像传感器关键技术研究[D]. 王鑫磊.天津大学 2016
[3]一种高速度高密度的单光子雪崩二极管探测器的研究与设计[D]. 赵菲菲.南京邮电大学 2013
[4]基于雪崩二极管的通讯波段单光子探测器技术研究[D]. 李璐.天津大学 2010



本文编号：3550841