在可見光和近紅外光波段,硅單光子雪崩二極管作為硅單光子探測器的核心器件已經(jīng)被廣泛地研究和實現(xiàn),在檢測弱光信號方面發(fā)揮了重要作用。在過去的十年中,特別是在單光子雪崩二極管與CMOS工藝的結(jié)合之后,單光子探測傳感技術(shù)在熒光光譜、生物、量子信息和量子光學(xué)等領(lǐng)域都展現(xiàn)出了良好的應(yīng)用前景和發(fā)展?jié)摿�。眾所周�?以堆疊結(jié)光電二極管為核心器件的CMOS圖像傳感器不必借助拜耳模式的濾色器就可以分辨光譜。受這種結(jié)構(gòu)的影響,許多專家和學(xué)者開始研究基于CMOS工藝的堆疊結(jié)單光子雪崩光電二極管,以期望在微光條件下能實現(xiàn)光譜分辨。本文參考現(xiàn)有的單結(jié)結(jié)構(gòu)器件,設(shè)計了一個垂直堆疊的雙結(jié)結(jié)構(gòu)器件,能夠同時對藍(lán)紫光和近紅外光進(jìn)行探測。首先,對單光子雪崩光電二極管的邊緣效應(yīng)、光子探測效率和暗計數(shù)率等性能參數(shù)進(jìn)行了全面的闡述,并且對SPAD的三種淬滅模式（被動式淬滅模式、主動式淬滅模式和門控式淬滅模式）進(jìn)行了分析和比較,得出它們各自的優(yōu)缺點和適用情況。然后,提出了一種基于SOI工藝的垂直堆疊的雙結(jié)結(jié)構(gòu)。其中淺結(jié)部分由p+區(qū)域、n型電荷層確定了中心有源區(qū)域,結(jié)合反型n阱組成了虛擬保護(hù)環(huán);深結(jié)部分由深n阱和p型外延層組成,依靠外... 

【文章來源】：杭州電子科技大學(xué)浙江省

【文章頁數(shù)】：72 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
第1章 緒論
    1.1 單光子探測器研究背景及意義
        1.1.1 研究背景
        1.1.2 研究意義
    1.2 SPAD探測器國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢
        1.2.1 國外研究現(xiàn)狀
        1.2.2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀
        1.2.3 發(fā)展趨勢
    1.3 本文創(chuàng)新點及主要研究內(nèi)容
        1.3.1 本文創(chuàng)新點
        1.3.2 本文研究內(nèi)容
    1.4 論文的主要工作和章節(jié)安排
第2章 SPAD探測器像素單元的工作原理
    2.1 蓋革模式的原理
    2.2 單光子雪崩二極管探測器的工作原理
    2.3 單光子雪崩二極管探測器的成像過程
第3章 單光子雪崩光電二極管的物理基礎(chǔ)
    3.1 SPAD的性能參數(shù)
        3.1.1 擊穿電壓
        3.1.2 邊緣效應(yīng)
        3.1.3 光子探測效率(PDE,PhotonDetectionEfficiency)
        3.1.4 暗計數(shù)率(DCR,DarkCountRate)
        3.1.5 后脈沖率
        3.1.6 死時間
        3.1.7 時間分辨率
        3.1.8 串?dāng)_率
    3.2 淬滅恢復(fù)電路
        3.2.1 被動式淬滅恢復(fù)電路
        3.2.2 主動式淬滅恢復(fù)電路
        3.2.3 門控式淬滅恢復(fù)電路
    3.3 計數(shù)電路
    3.4 小結(jié)
第4章 單光子雪崩光電二極管的優(yōu)化與設(shè)計
    4.1 雪崩光電二極管器件的結(jié)構(gòu)介紹
        4.1.1 SPAD的臺式型與平面型結(jié)構(gòu)
        4.1.2 SPAD的保護(hù)環(huán)結(jié)構(gòu)
        4.1.3 堆疊結(jié)型的SPAD結(jié)構(gòu)
    4.2 SPAD的結(jié)構(gòu)設(shè)計
    4.3 SPAD結(jié)構(gòu)特性的仿真
        4.3.1 SilvacoTCAD仿真軟件的介紹
        4.3.2 SPAD結(jié)構(gòu)的仿真
        4.3.3 SPAD結(jié)構(gòu)的V—I特性仿真
        4.3.4 SPAD的電場分布仿真
        4.3.5 SPAD的碰撞產(chǎn)生率的仿真
        4.3.6 SPAD的雪崩產(chǎn)生率的仿真
        4.3.7 PDE的仿真和計算
        4.3.8 DCR的仿真和計算
    4.4 PDE性能的優(yōu)化
        4.4.1 PDE增強(qiáng)機(jī)制
        4.4.2 仿真驗證
    4.5 小結(jié)
第5章 SPAD淬滅恢復(fù)電路的設(shè)計與仿真
    5.1 SPAD等效電路模型
        5.1.1 SPAD的簡單等效電路
        5.1.2 改進(jìn)的SPAD等效電路模型
    5.2 淬滅恢復(fù)電路的設(shè)計和仿真
        5.2.1 主動式淬滅恢復(fù)電路的設(shè)計
        5.2.2 延時電路的設(shè)計
        5.2.3 淬滅恢復(fù)電路的整體設(shè)計
    5.3 SPAD像素單元版圖的設(shè)計
    5.4 小結(jié)
第6章 總結(jié)與展望
    6.1 總結(jié)
    6.2 展望
致謝
參考文獻(xiàn)
附錄 ：作者在讀期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文及參加的科研項目



本文編號：3380100