摘要：介绍了一种新型高性能背照式(BSI)单光子雪崩二极管(SPAD)阵列传感器的设计和性能特性。该结构采用20μm像素设计,具有低击穿电压及小温度系数的特点。该传感器采用3D堆叠制造,SPAD晶圆和逻辑晶圆之间通过Cu—Cu混合键合来增大光子接收面积,SPAD晶圆采用55 nm BSI工艺制成,逻辑晶圆采用40 nm逻辑工艺制成。通过在BSI像素结构中引入光子散射结构、底部反射镜和微透镜等进一步提高了光子吸收率。器件的雪崩电压低于20 V,雪崩电压温度系数为18 mV/℃,4 V过偏压下905 nm光子探测效率(PDE)的典型值为28.8%。实际应用中可以通过调节填充因子和雪崩区电场来调节器件的PDE。该传感器的暗计数率(DCR)为14 Hz/μm^(2), Afterpulse小于0.5%,Crosstalk小于0.5%,jitter为350 ps,具有良好的探测性能。该传感器为高性能dTOF(direct time of flight)测距芯片提供一种可量产的市场解决方案。该传感器设计不仅可适用于各种移动端的应用,如移动和虚拟现实/增强现实(VR/AR)等对PDE要求不高的场景,而且可以应用于车载自动驾驶、无人机等对PDE要求较高的应用场景。