一种基于标准CMOS工艺的单光子级分辨率传感器单元结构

摘要

一种基于标准CMOS工艺的单光子级分辨率传感器单元结构，该传感器单元结构使用一种单光子雪崩二极管(SPAD)，其基本结构包括：P型硅衬底(4)上方设有深N阱(3)；P阱区域(2)形成于深N阱(3)上方并且被深N阱(3)包住；阳极接触(9)通过重掺杂的P型区域(1)连接到P阱区域(2)；阴极接触(10)通过重掺杂的N型区域(5)连接到N阱区域(6)以及深N阱(3)；浅沟道隔离区域(7)位于P阱区域(2)和N阱区域(6)之间，将P阱与N阱隔离开；浅沟道隔离区域(7)一周设有P型掺杂的保护环(8)，以遏制浅沟道隔离中由于缺陷产生的暗噪声；在P阱区域(2)的底部与深N阱(3)之间的PN结(11)，当在阴极与阳极之间施加适当偏置电压时PN结产生高压区，形成SPAD倍增区域，以此来探测光子，并且通过控制深N阱(3)的浓度梯度使得PN结的边缘击穿电压高于SPAD的平面倍增区域的击穿电压。

主权项

一种基于标准CMOS工艺的单光子级分辨率传感器单元结构，该传感器单元结构使用一种单光子雪崩二极管(SPAD)，所述SPAD结构特征是：P型硅衬底(4)上方设有深N阱(3)；P阱区域(2)形成于深N阱(3)上方并且被深N阱(3)包住；阳极接触(9)通过重掺杂的P型区域(1)连接到P阱区域(2)；阴极接触(10)通过重掺杂的N型区域(5)连接到N阱区域(6)以及深N阱(3)；浅沟道隔离区域(7)位于P阱区域(2)和N阱区域(6)之间，将P阱与N阱隔离开；浅沟道隔离区域(7)一周设有P型掺杂的保护环(8)，以遏制浅沟道隔离中由于缺陷产生的暗噪声；在P阱区域(2)的底部与深N阱(3)之间的PN结(11)，当在阴极与阳极之间施加适当的偏置电压，使PN结工作在盖革模式下，PN结产生高压区，形成SPAD倍增区域，以此来探测光子，并且通过控制深N阱(3)的浓度梯度使得PN结的边缘击穿电压高于SPAD的平面倍增区域的击穿电压，从而保证器件正常工作在盖革模式，进行光子的探测。