單光子雪崩二極管（SPAD,Single Photon Avalanche Diode）具有單光子級別的高靈敏度探測特性,逐漸應(yīng)用于拉曼光譜、正電子發(fā)射斷層掃描和熒光壽命成像等領(lǐng)域。單光子二極管探測器與納米CMOS集成電路工藝完全兼容,能夠在同一塊襯底上集成SPAD探測器、像素單元電路和讀出電路,從而具有低成本、小型化等優(yōu)點(diǎn)。提高像素單元的占空比和陣列的集成度是單光子雪崩二極管的研究熱點(diǎn)和發(fā)展趨勢。本文為了實(shí)現(xiàn)高密度陣列的研究目標(biāo),在保證性能不降低的情況下,對于如何有效縮小SPAD器件的面積和像素單元電路的面積進(jìn)行了深入的研究。首先,對SPAD器件尺寸縮小技術(shù)進(jìn)行了研究。重點(diǎn)分析了傳統(tǒng)p阱保護(hù)環(huán)結(jié)構(gòu)和兩種虛擬保護(hù)環(huán)結(jié)構(gòu)器件在縮小尺寸后雪崩區(qū)電場、擊穿特性以及探測面積的變化。通過Silvaco軟件仿真表明傳統(tǒng)保護(hù)環(huán)結(jié)構(gòu)的有源區(qū)尺寸不適合縮小到8μm以下,而兩種虛擬保護(hù)環(huán)結(jié)構(gòu)可以縮小到最小2μm。進(jìn)一步對p+/pw/dnw虛擬保護(hù)環(huán)器件在進(jìn)行了暗計(jì)數(shù)率（DCR）和光子探測效率（PDE）的仿真建模。理論計(jì)算結(jié)果表明,室溫下過偏壓為3.5V時(shí),光子探測效率最高達(dá)到30%,DCR低于200Hz。... 

【文章來源】：南京郵電大學(xué)江蘇省

【文章頁數(shù)】：81 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

淬滅/復(fù)位電路對應(yīng)的版圖

(a) (b)圖 5.3 淬滅/復(fù)位電路 (a) DRC 檢查結(jié)果； (b) LVS 驗(yàn)證結(jié)果 DRC 與 LVS 如圖 5.2 所示，經(jīng)過仔細(xì)的版圖設(shè)計(jì)，最后將電路經(jīng)過設(shè)計(jì)，除多晶硅與金屬的密度報(bào)錯(cuò)之外均無報(bào)錯(cuò)，各器件連線均正確連接，因此數(shù)電路版圖設(shè)計(jì)與驗(yàn)證電荷共享法的計(jì)數(shù)電路版如圖 5.4 所示，計(jì)數(shù)電路由 1 個(gè) PMOS 管。4 個(gè) 于 SMIC0.18μm 工藝沒有低于 20fF 的電容模型，因此第四章提到的寄生電 電容，利用兩條金屬層 M1 并聯(lián)走線數(shù)微米形成，通過電容兩端的參數(shù)提。由于計(jì)數(shù)電容 C1 針對每次共享的電荷進(jìn)行計(jì)數(shù)，需要高精度、高匹配度果的線性度與均勻性，因此采用 MIM 電容作為計(jì)數(shù)電容。設(shè)置 M1 層金屬

基于電荷共享法計(jì)數(shù)電路版圖

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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碩士論文
[1]激光陣列接收信號采集與處理研究[D]. 龔馳邈.北京理工大學(xué) 2014



本文編號：3351945