[发明专利]一种双保护环结构的新型SPAD探测器

说明书

本发明公开了一种双保护环结构的新型SPAD探测器，采用p+层和n‑type层之间形成的pn结作为反应结，p+层四周设计pwell阱作为第一保护环；同时，pwell保护环上方设计一层poly层，与pn结阴极相连施加高电位，作为第二保护环。第一保护环和第二保护环共同作用，能有效降低边缘电场，减小暗计数。

技术领域

本发明涉及一种双保护环结构的新型SPAD探测器，作为感光单元，属于光电探测领域，尤其是基于硅基半导体技术的单光子探测领域。

背景技术

单光子探测技术是一种基于单光子的探测技术，它可以检测极微弱光信号，是一项新兴探测技术。单光子探测技术应用极其广泛，包括医疗诊断、天文观测、光谱测量、量子通信等领域。单光子雪崩二极管（Single photon avalanche diode，SPAD）工作在盖革模式下，是一种最有前景的单光子探测器。

单光子雪崩二极管在盖革模式下，所施加的反偏电压高于雪崩电压，具有极高的电流增益，可用于单光子检测。具体工作原理为：当一个光子进入SPAD感光区，光子有一定概率被耗尽区吸收并产生电子-空穴对，该电子-空穴对在耗尽区强电场作用下能通过倍增效应迅速产生大量载流子，即触发一次雪崩击穿。

单光子雪崩二极管的结构设计是SPAD探测器的核心，设计时主要考虑的参数是pn结的深度、浓度、雪崩击穿点电压等基本参数，同时还需要考虑探测效率，占空比，暗计数等性能参数，对暗计数的性能优化一直以来都是重中之重。

目前，已有技术中，SPAD探测器的结构形式众多，采用的反应结形式多样，包括p+层与nwell层，pwell层与dnw层，以及一系列新型的创新结构，虽然基本所有机构设计时都会考虑到边缘击穿的抑制问题，但边缘击穿问题或多或少依然会出现，该问题是暗计数产生的根源。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供了一种双保护环结构的新型SPAD探测器，可有效抑制暗计数的产生，将暗计数控制在一定范围内。

技术方案：为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种双保护环结构的新型SPAD探测器，采用p+层和n-type层之间形成的pn结作为反应结，p+层四周由pwell阱作为第一保护环，pwell保护环上方设计一层poly层，作为第二保护环，所述poly层与pwell层交叠，与p+层不交叠。

采用dnw层将单个探测器与P-sub衬底分离，n+层作为接触孔将高电位传入dnw层，形成SPAD探测器的阴极，p+层作为SPAD探测器的阳极，接低电位。poly层与n+层直接连接，施加相同高电位，通过氧化层分压降低pwell与底部dnw层的电压差，有效降低p+边缘的电场强度，从而减少暗计数的产生。

有益效果：本发明提供的一种双保护环结构的SPAD探测器，相对于现有技术，具有明显优势，尤其是pwell阱和poly层的双保护环结构，能有效降低反应结边缘电场，从而降低SPAD探测器的暗计数。

附图说明

图1为本发明提供的一种双保护环结构的新型SPAD探测器的结构示意图；

图2为本发明提供的一种双保护环结构的新型SPAD探测器的平面版图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明作进一步的说明。