[发明专利]单光子雪崩二极管和单光子雪崩二极管阵列

权利要求书

1.一种单光子雪崩二极管SPAD，包括：

—有源区(10)，其布置为产生光子触发的雪崩电流，

—覆盖件(12)，其布置在所述有源区(10)上或上方，并且对所述有源区(10)屏蔽入射光子；

其中：

—所述覆盖件(12)包括至少第一金属层和第二金属层(13、14)的叠层，

—至少所述第一金属层(13)包括孔(15)，

—金属层(13、14)相对于光轴(OA)布置为沿着所述光轴(OA)开放有效孔(18)，通过所述有效孔，所述有源区(10)的部分(19)暴露于入射光子，并且

—所述有效孔(18)比布置在所述第一金属层(13)中的孔(15)小。

2.如权利要求1所述的SPAD，其中，除了通过所述有效孔(18)暴露的所述有源区(10)的部分(19)之外，所述覆盖件(12)对所述有源区(10)完全屏蔽入射光子。

3.如权利要求1或2所述的SPAD，其中，所述有效孔(18)暴露所述有源区(10)的面积小于整个有源区(10)的50％、10％或1％。

4.如权利要求1至3之一所述的SPAD，其中，金属层(13、14)相对于彼此隔开，使得所述第一金属层(13)与所述有源区(10)具有第一距离(d1)，并且所述第二金属层(14)与所述有源区(10)具有不同的第二距离(d1+d2)。

5.如权利要求1至4之一所述的SPAD，其中，金属层(13、14)通过金属连接件(16)互相连接，特别是通过垂直的电连接件和/或硅通孔TSV互相连接。

6.如权利要求1至5之一所述的SPAD，其中，所述第二金属层(14)包括孔(17)，使得

—金属层(13、14)中的孔(15、17)相对于所述光轴(OA)偏移，或—金属层(13、14)中的孔(15、17)相对于所述光轴(OA)对齐。

7.如权利要求6所述的SPAD，其中，所述光轴(OA)是相对于所述有源区(10)的表面法线，或者是相对于所述有源区(10)与所述法线角度不同的倾斜轴。

8.如权利要求1至7之一所述的SPAD，其中，所述第二金属层(14)布置在所述第一金属层(13)下方或上方，使得所述第二金属层(14)沿着所述光轴(OA)在所述第一金属层(13)上的投影至少部分屏蔽所述第一金属层(13)中的孔(15)，以限定所述有效孔(18)。

9.如权利要求8所述的SPAD，其中，所述第二金属层(14)包括金属线、金属十字和/或金属正方形。

10.如权利要求1至9之一所述的SPAD，其中，所述覆盖件包括与所述第一金属层和第二金属层(13、14)层叠的另外金属层。

11.如权利要求1至10之一所述的SPAD，其中，所述覆盖件(12)和/或有源区(10)具有圆形、矩形或多边形形状。

12.一种单光子雪崩二极管SPAD的阵列，包括以行和/或列布置的多个如权利要求1至11之一所述的SPAD(1,……,9)，其中

—所述多个SPAD(1,……,9)包括多个不同的SPAD子集(21,……,27)，每个不同的子集包括包括具有不同的有效孔(18)的至少一个SPAD(1,……,9；并且

—控制单元(20)配置为根据入射辐射强度来从SPAD子集(21,……,27)中选择一个或更多个SPAD(1,……,9)。

13.如权利要求12所述的阵列，其中，布置在每个子集(21,……,27)中的SPAD(1,……,9)具有相同的有效孔(18)。