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
• 来源期刊: 光学精密工程
• 关键词: 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
• 年，卷（期）: 2021,（2）
• 所属期刊栏目: 现代应用光学|Modern Applied Optics
• 页码范围: 267-277
• 页数: 11页
• 分类号: TN451|TP212.1
• 语种: 中文
• DOI: 10.37188/OPE.20212902.0267

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+/Nwel1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2.6ns,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15.8V,在过电压为0.2V时,650 nm光照射下,响应度约为0.80 A/W,暗计数率为20 kHz.