1 湘潭大学 物理与光电工程学院，湖南 湘潭 411105
2 湖南师范大学 物理与电子科学学院，湖南 长沙 410081
3 上海大学 机电工程与自动化学院,上海 200444
介绍了一种0.18 μm互补金属氧化物半导体(CMOS)技术的新型宽光谱荧光相关谱探测器,其为高边缘击穿、扩展光谱和低暗计数率的圆形单光子雪崩二极管(SPAD).该器件由p+/deep n-well结，p-well保护环和多晶硅保护环组成.通过Silvaco TCAD 3D器件仿真，直径为10 μm的圆形p+/deep n-well SPAD器件具有较高边缘击穿特性.此外，p+/deep n-well结SPAD比p+/n-well结SPAD具有更长的波长响应和扩展光谱响应范围.该器件在0.5 V过量偏压下，可在490~775 nm波长范围内实现超过40％的光子探测率.该圆形p+/deep n-well SPAD器件在25℃时具有较好雪崩击穿为15.14 V，具有较低暗计数率为638 Hz.
单光子雪崩二极管(SPAD) 边缘击穿 暗计数率 光谱扩展 single-photon avalanche diode(SPAD) premature edge breakdown (PEB) dark count rate(DCR) spectral expansion 红外与毫米波学报
2019, 38(4): 04403
1 湘潭大学 物理与光电工程学院, 湖南 湘潭 411105
2 湖南师范大学 物理与电子科学学院, 湖南 长沙 410081
3 上海大学 机电工程与自动化学院, 上海 200444
研究和分析了一种0.18 μm CMOS工艺单光子雪崩二极管(SPAD), 其结构能抑制过早的边缘击穿(PEB), 同时获得较大的光电流和低的暗计数率(DCR).该SPAD由p-well/deep n-well的感光结, deep n-well向上扩散形成的区域和边缘Shallow Trench Isolation(STI)共同形成的保护环组成.通过测试确定了与光电流和暗率有关的STI层的大小.结果证明, 在STI层与保护环之间的重叠区域为1 μm 时, SPAD的暗计数率和光电流最佳.此外, 直径为10 μm的圆形SPAD器件的暗计数率为208 Hz, 且在波长为510 nm时峰值光子探测概率为20.8%, 此时具有低的暗计数率和高的探测效率以及宽的光谱响应特性.
单光子雪崩二极管 边缘击穿 暗计数率 互补金属氧化物半导体 光子探测概率 single-photon avalanche diode (SPAD) premature edge breakdown (PEB) dark count rate (DCR) complementary metal oxide semiconductor (CMOS) photon detection probability (PDP) 红外与毫米波学报
2019, 38(2): 02149
