带高压保护的雪崩焦平面图像传感器制造技术

本发明专利技术提出了一种带高压保护的雪崩焦平面图像传感器，其创新在于：所述带高压保护的雪崩焦平面图像传感器由雪崩焦平面探测器阵列、CMOS读出电路和多个高压保护单元组成；本发明专利技术的有益技术效果是：提出了一种带高压保护的雪崩焦平面图像传感器，该传感器内设置有高压保护单元，传感器正常工作时，高压保护单元对光生电流无影响，当雪崩焦平面探测器阵列发生短路时，高压保护单元可阻止高压和大电流进入CTIA型读出单元，对后级电路起到保护作用，高压保护单元采用常规的硅集成电路工艺制作，相比于耐高压CMOS工艺，本发明专利技术的工艺成本较低。

Avalanche focal plane image sensor with high voltage protection

The invention provides a high voltage protection with an avalanche of focal plane image sensor, the innovation is that: the high pressure protection avalanche focal plane image sensor by avalanche focal plane detector array, CMOS readout circuit and a plurality of voltage protection unit; the invention has the advantages that: a high voltage protection the avalanche focal plane image sensor, the sensor is arranged in the high voltage protection unit, sensor work, effects of high voltage protection unit of photocurrent, when the avalanche focal plane detector array short circuit, high voltage protection unit can prevent the high voltage and large current into the type CTIA readout unit to protect the circuit high voltage protection unit, using conventional silicon integrated circuit technology, compared to the high voltage CMOS process technology, the invention has lower cost.

【技术实现步骤摘要】
带高压保护的雪崩焦平面图像传感器
本专利技术涉及一种雪崩焦平面图像传感器，尤其涉及一种带高压保护的雪崩焦平面图像传感器。
技术介绍
由一定规模的雪崩光电二极管构成的雪崩焦平面探测器阵列，能够在高电压条件下利用碰撞离化效应使光电流发生倍增，从而实现对微弱光信号的放大，由此构成的雪崩焦平面图像传感器将能实现对微弱光的探测成像；基于现有技术可知，雪崩焦平面图像传感器通常由雪崩焦平面探测器阵列和CMOS读出电路构成，为了实现雪崩放大功能，雪崩焦平面探测器阵列上需要加载几十伏甚至一百多伏的高压偏置电压，这远超出了普通CMOS工艺的耐压能力，在使用中一旦雪崩焦平面探测器阵列中的局部二极管发生短路，高压就会进入CMOS读出电路中，将CMOS读出电路烧毁，为解决此问题，现有技术一般采用特殊的耐高压CMOS工艺来制作CMOS读出电路，由此得到的CMOS读出电路，即使有高压进入也不会发生烧毁；存在的问题是：一方面，耐高压CMOS工艺的工艺成本较高，大幅增加了雪崩焦平面图像传感器的制造成本，另一方面，现有的耐高压CMOS工艺与数模混合或全数字的CMOS读出电路工艺不兼容，后者电源电压一般为3.3~5V，目前尚无利用两种工艺结合实现耐受数十伏以上电压的读出电路的实践。
技术实现思路
针对
技术介绍
中的问题，本专利技术提出了一种带高压保护的雪崩焦平面图像传感器，其特征在于：所述带高压保护的雪崩焦平面图像传感器由雪崩焦平面探测器阵列、CMOS读出电路和多个高压保护单元组成；所述雪崩焦平面探测器阵列包括多个像素单元，所述CMOS读出电路包括多个CTIA型读出单元，多个像素单元与多个CTIA型读出单元一一对应，互相匹配的像素单元和CTIA型读出单元之间均设置有一高压保护单元；所述高压保护单元由限流电阻、隔离电阻和二极管组成；所述限流电阻的一端与像素单元的输出端连接，限流电阻的另一端与A节点连接，隔离电阻的一端与A节点连接，隔离电阻的另一端与CTIA型读出单元的输入端连接；二极管的正极与A节点连接，二极管的负极与限压端口连接；所述二极管的开启电压记为VD，所述限压端口的输出电压记为HVCOM，所述CTIA型读出单元中的放大器上的参考电压记为VR，所述像素单元的工作电压记为Vb，前述的VD、HVCOM、VR和Vb满足如下关系：HVCOM大于VR，（HVCOM+VD）小于Vb；所述限流电阻、隔离电阻和二极管均采用硅集成电路工艺制作。本专利技术的原理是：将像素单元的输出端记为B节点、CTIA型读出单元的输入端记为C节点，带高压保护的雪崩焦平面图像传感器正常工作时，A节点、B节点和C节点三者的电位相等，都等于VR，由于HVCOM大于VR，此时二极管处于反偏状态、不导通，从像素单元输出的光生电流可以无损地进入CTIA型读出单元的输入端，经CTIA型读出单元处理后，形成积分电压信号Vout向外输出；当雪崩焦平面探测器阵列发生短路后，像素单元的工作电压Vb就会作用在B节点处，进而使A节点处的电位也随之升高，当A节点处的电位升高至大于（HVCOM+VD）时，二极管就会导通，这时，C节点处的电位就会被钳制在（HVCOM+VD），由Vb所产生的电流就会通过二极管从限压端口输出（在此过程中，限流电阻可以起到限流作用，减小由Vb产生的电流），这就可以避免高压和大电流进入CTIA型读出单元，对后级电路起到保护作用；本专利技术的有益技术效果是：提出了一种带高压保护的雪崩焦平面图像传感器，该传感器内设置有高压保护单元，传感器正常工作时，高压保护单元对光生电流无影响，当雪崩焦平面探测器阵列发生短路时，高压保护单元可阻止高压和大电流进入CTIA型读出单元，对后级电路起到保护作用，高压保护单元采用常规的硅集成电路工艺制作，相比于耐高压CMOS工艺，本专利技术的工艺成本较低。附图说明图1、本专利技术的电气原理示意图（图中虚线框所示单元即为高压保护单元）；图中各个标记所对应的名称分别为：限流电阻1、隔离电阻2、二极管3、复位开关RST、积分电容C1、放大器AMP。具体实施方式一种带高压保护的雪崩焦平面图像传感器，其特征在于：所述带高压保护的雪崩焦平面图像传感器由雪崩焦平面探测器阵列、CMOS读出电路和多个高压保护单元组成；所述雪崩焦平面探测器阵列包括多个像素单元，所述CMOS读出电路包括多个CTIA型读出单元，多个像素单元与多个CTIA型读出单元一一对应，互相匹配的像素单元和CTIA型读出单元之间均设置有一高压保护单元；所述高压保护单元由限流电阻1、隔离电阻2和二极管3组成；所述限流电阻1的一端与像素单元的输出端连接，限流电阻1的另一端与A节点连接，隔离电阻2的一端与A节点连接，隔离电阻2的另一端与CTIA型读出单元的输入端连接；二极管3的正极与A节点连接，二极管3的负极与限压端口连接；所述二极管3的开启电压记为VD，所述限压端口的输出电压记为HVCOM，所述CTIA型读出单元中的放大器上的参考电压记为VR，所述像素单元的工作电压记为Vb，前述的VD、HVCOM、VR和Vb满足如下关系：HVCOM大于VR，（HVCOM+VD）小于Vb；所述限流电阻1、隔离电阻2和二极管3均采用硅集成电路工艺制作。在本专利技术揭示了前述高压保护单元的技术原理的基础上，本领域技术人员应该明白，该高压保护单元在不同的图像传感器中都能对其后端读出电路提供保护功能，不仅限于CTIA结构，如盖格模式工作的InP基近红外APD焦平面传感器、线性模式GaN基紫外APD焦平面传感器等。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种带高压保护的雪崩焦平面图像传感器，其特征在于：所述带高压保护的雪崩焦平面图像传感器由雪崩焦平面探测器阵列、CMOS读出电路和多个高压保护单元组成；所述雪崩焦平面探测器阵列包括多个像素单元，所述CMOS读出电路包括多个CTIA型读出单元，多个像素单元与多个CTIA型读出单元一一对应，互相匹配的像素单元和CTIA型读出单元之间均设置有一高压保护单元；所述高压保护单元由限流电阻（1）、隔离电阻（2）和二极管（3）组成；所述限流电阻（1）的一端与像素单元的输出端连接，限流电阻（1）的另一端与A节点连接，隔离电阻（2）的一端与A节点连接，隔离电阻（2）的另一端与CTIA型读出单元的输入端连接；二极管（3）的正极与A节点连接，二极管（3）的负极与限压端口连接；所述二极管（3）的开启电压记为VD，所述限压端口的输出电压记为HVCOM，所述CTIA型读出单元中的放大器上的参考电压记为VR，所述像素单元的工作电压记为Vb，前述的VD、HVCOM、VR和Vb满足如下关系：HVCOM大于VR，（HVCOM+VD）小于Vb；所述限流电阻（1）、隔离电阻（2）和二极管（3）均采用硅集成电路工艺制作。

【技术特征摘要】
1.一种带高压保护的雪崩焦平面图像传感器，其特征在于：所述带高压保护的雪崩焦平面图像传感器由雪崩焦平面探测器阵列、CMOS读出电路和多个高压保护单元组成；所述雪崩焦平面探测器阵列包括多个像素单元，所述CMOS读出电路包括多个CTIA型读出单元，多个像素单元与多个CTIA型读出单元一一对应，互相匹配的像素单元和CTIA型读出单元之间均设置有一高压保护单元；所述高压保护单元由限流电阻（1）、隔离电阻（2）和二极管（3）组成；所述限流电阻（1）的一端与像素单元的输出端连接，限流电阻（1）的另一端与A...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗木昌，申志辉，周勋，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第四十四研究所，
类型：发明
国别省市：重庆,50