BCD工艺下光电集成的单光子雪崩光电二极管及前端电路的研制

作     者：史晓凤 庞雪 朱丽君 张新宇 张媛 韩波 李佩君 郭博 程翔 SHI Xiao-feng;PANG Xue;ZHU Li-jun;ZHANG Xin-yu;ZHANG Yuan;HAN Bo;LI Pei-jun;GUO Bo;CHENG Xiang

作者机构：阜阳师范大学计算机与信息工程院安徽阜阳236037 厦门大学航空航天学院福建厦门361102 

基　　金：安徽省自然科学基金资助项目(No.1608085QF159,No.1808085QF209,No.2008085MF215) 安徽省高校自然科学研究重点项目(No.KJ2017A333,No.KJ2020A0536) 中央高校基本科研业务费专项资金资助(Nos.207201700516,20720160016) 阜阳师范大学自然科学重点项目(No.2018FSKJ01ZD,No.2020FSKJ05ZD) 阜阳师范大学一般项目(No.2019FSKJ09) 阜阳市横向项目(No.XDHX2016005) 无锡商业化基金(No.CBE01G1748) 

出 版 物：《光学精密工程》 (Optics and Precision Engineering)

年 卷 期：2021年第29卷第2期

页      码：267-277页

摘      要：提出一种基于BCD工艺用于检测微弱光信号的单光子雪崩光电二极管(SPAD)及前端淬灭-复位电路(QRC)。为减小边缘击穿的风险,提高响应度,设计了一种圆形P+/Nwell/Deep Nwell结构SPAD,Deep Nwell和衬底之间形成的pn结,能够有效减少p衬底流向雪崩区的暗电流,降低暗计数率,也保证了较小的纵向渡越时间,提高了响应速度。同时设计了P阱保护环,增大了器件的击穿电压。采用silvaco对器件进行二维仿真,与传统的P+/Nwell结构以及P+/Nwell/BNwell结构进行了比较,验证了设计结构在击穿电压、响应度方面的优越性。为实现光电探测器与集成电路的协同设计,改进了APD光电器件的等效电路模型并在此基础上设计了主动淬灭复位电路,死时间约为2.6 ns,能够达到快速探测的目的。测试结果表明,P+/Nwell/DNwell结构的雪崩击穿电压为15.8 V,在过电压为0.2 V时,650 nm光照射下,响应度约为0.80 A/W,暗计数率为20 kHz。

主 题 词：单光子雪崩光电二极管 光电集成 BCD工艺 响应度 飞行时间传感器 

学科分类：080903[080903] 0808[工学-自动化类] 0809[工学-计算机类] 08[工学] 080202[080202] 0805[工学-能源动力学] 0802[工学-机械学] 0702[理学-物理学类] 

核心收录：

D　O　I：10.37188/OPE.20212902.0267

馆 藏 号：203102580...