硅光电倍增器、光电探测装置及成像系统制造方法及图纸

本申请公开了一种硅光电倍增器、光电探测装置及成像系统，该硅光电倍增器包括：雪崩光电二极管阵列，其包括第一雪崩光电二极管和第二雪崩光电二极管，并且第二雪崩光电二极管设置在第一雪崩光电二极管的外围，以将第一雪崩光电二极管与第一电极间隔开；淬灭单元，其用于在雪崩光电二极管阵列发生雪崩击穿效应时对雪崩光电二极管阵列进行淬灭，其中，第一雪崩光电二极管的两端分别与第一电极和第二电极连接；第二雪崩光电二极管的两端分别与第一电极和第三电极连接，并且当第二雪崩光电二极管处于工作状态时，在其内形成的耗尽区在深度方向上至少覆盖外延层的一部分。通过利用本申请提供的技术方案，可以实现提高对波长较长的光子的探测效率。

【技术实现步骤摘要】
硅光电倍增器、光电探测装置及成像系统
本申请涉及光电传感器
，特别涉及一种硅光电倍增器、光电探测装置及成像系统。
技术介绍
本部分的描述仅提供与本申请公开相关的背景信息，而不构成现有技术。低通量光子探测技术是一种可探测较低光通量密度(例如，10-19～10-6W/mm2)的光信号的光子探测技术，其可应用于许多领域，例如，医学成像(特别是，正电子发射断层成像(PET))、国土安全、高能物理实验和其它成像等关键领域。在低通量光子探测
中，硅光电倍增器(SiliconPhotomultiplier，简称SiPM)由于具有较高的探测效率、卓越的单光子响应和分辨能力、体积小、易于集成、工作电压低、不受磁场干扰、可靠性好、成本低廉等诸多优点而在近年来受到很大关注。现有的硅光电倍增器的结构如图1所示，其主要由单光子雪崩二极管(SingleAvalanchephotodiode，简称SAPD)阵列、与SAPD阵列对应的淬灭电阻、金属互联线以及电极构成。其中，SAPD阵列中多个SAPD的一个电极并联至同一个外部电极以形成SiPM的一个电极，例如，阳极，SAPD阵列中多个SAPD的另一个电极与对应的淬灭电阻串联，多个淬灭电阻的另一端并联至另一个外部电极以形成SiPM的另一个电极，例如，阴极。在实际工作中，当对SiPM的阴、阳极施加的反向偏置电压大于SAPD的击穿电压时，SiPM输出与探测到的光子相关的电流信号。在实现本申请过程中，专利技术人发现现有技术中至少存在如下问题：现有硅光电倍增器中SPAD内的PN结的结深较浅，耗尽区的宽度较窄，对光子的有效吸收深度较浅，因此对波长较长的光子(例如，红光及近红外光)的探测效率较低。
技术实现思路
本申请实施例的目的在于提供一种硅光电倍增器、光电探测装置以及成像系统，以解决现有技术中存在的至少一种技术问题。为了解决上述技术问题，本申请实施例提供了一种硅光电倍增器，该硅光电倍增器可以包括：雪崩光电二极管阵列，其包括第一雪崩光电二极管和第二雪崩光电二极管，并且所述第二雪崩光电二极管设置在所述第一雪崩光电二极管的外围，以将所述第一雪崩光电二极管与所述硅光电倍增器的第一电极间隔开；淬灭单元，其与所述雪崩光电二极管阵列对应设置，并且用于在所述雪崩光电二极管阵列发生雪崩击穿效应时对所述雪崩光电二极管阵列进行淬灭，其中，每个所述第一雪崩光电二极管的一端均与所述硅光电倍增器的第一电极连接，其另一端通过对应的所述淬灭单元与所述硅光电倍增器中的作为输出端的第二电极连接；每个所述第二雪崩光电二极管的两端分别与所述硅光电倍增器的所述第一电极和第三电极连接，并且当所述第二雪崩光电二极管处于工作状态时，在其内形成的耗尽区在深度方向上至少覆盖用于形成所述雪崩光电二极管阵列的外延层的一部分；所述第二电极和所述第三电极的极性相同并与所述第一电极的极性相反。可选地，所述硅光电倍增器还包括反射单元，其设置在与所述第一雪崩光电二极管对应的位置处。可选地，所述反射单元由金属材料或多层介电材料制成。可选地，所述第一雪崩光电二极管和/或所述第二雪崩光电二极管包括单光子雪崩二极管。可选地，当所述第二雪崩光电二极管的反向偏置电压大于其击穿电压时，所述第二雪崩光电二极管通过对应的所述淬灭单元与所述第三电极间接连接；当所述第二雪崩光电二极管的反向偏置电压小于其击穿电压时，所述第二雪崩光电二极管与所述第三电极直接连接。可选地，所述第二雪崩光电二极管呈将所述第一雪崩光电二极管围绕在内的开环形状或闭环形状、呈跨越在所述硅光电倍增器的两相对边界之间的形状、或者呈将所述第一电极隔离在所述硅光电倍增器的角落的形状。可选地，所述淬灭单元包括电阻、晶体管或其组合。可选地，所述晶体管包括结型场效应晶体管或金属-氧化物半导体场效应晶体管。可选地，在所述第一雪崩光电二极管和/或所述第二雪崩光电二极管内形成的耗尽区在深度方向上覆盖至所述外延层的底部。可选地，所述第一电极位于所述硅光电倍增器的两侧边缘处。本申请实施例还提供了一种光电探测装置，该光电探测装置可以包括上述硅光电倍增器。可选地，该光电探测装置还可以包括：计数器，其用于对所述硅光电倍增器输出的电信号进行计数；以及读取电路，其用于读取所述计数器所记录的计数数据。可选地，该光电探测装置还可以包括：处理器，其用于根据所述读取电路输出的计数数据对所述电信号进行幅值采样或阈值甄别处理。本申请实施例还提供了一种成像系统，该成像系统可以包括上述光电探测装置以及用于对所述光电探测装置输出的探测结果进行图像重建处理的图像重建装置。由以上本申请实施例提供的技术方案可见，本申请实施例通过在硅光电倍增器内将第二雪崩光电二极管设置在第一雪崩光电二极管的外围，以将第一雪崩光电二极管与第一电极间隔开，这可以减小器件内部噪声对第一雪崩光电二极管的影响，并且当第二雪崩光电二极管处于工作状态时使得在其内形成的耗尽区在深度方向上至少覆盖外延层的一部分，这可以增大第一雪崩光电二极管内的耗尽区的宽度，从而可以增大第一雪崩光电二极管对光子的有效吸收深度范围，进而可以提高对波长较长的光子的探测效率。附图说明为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1是现有技术中的一种硅光电倍增器的结构示意图；图2是本申请的一实施例提供的硅光电倍增器的电路示意图；图3是本申请的另一实施例提供的硅光电倍增器的电路示意图；图4是本申请的一实施例提供的硅光电倍增器的结构示意图；图5是本申请的另一实施例提供的硅光电倍增器中部分器件的结构示意图；图6是本申请的另一实施例提供的硅光电倍增器部分器件的结构示意图；图7是本申请的又一实施例提供的硅光电倍增器部分器件的结构示意图；图8是本申请的一实施例提供的光电探测装置的结构示意图；图9是本申请的一实施例提供的成像系统的结构示意图。具体实施方式下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是用于解释说明本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例，并不希望限制本申请的范围或权利要求书。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都应当属于本申请保护的范围。需要说明的是，当元件被称为“设置在”另一个元件上，它可以直接设置在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当元件被称为“连接/联接”至另一个元件，它可以是直接连接/联接至另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“连接/联接”可以包括电气和/或机械物理连本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种硅光电倍增器，其特征在于，所述硅光电倍增器包括：/n雪崩光电二极管阵列，其包括第一雪崩光电二极管和第二雪崩光电二极管，并且所述第二雪崩光电二极管设置在所述第一雪崩光电二极管的外围，以将所述第一雪崩光电二极管与所述硅光电倍增器的第一电极间隔开；/n淬灭单元，其与所述雪崩光电二极管阵列对应设置，并且用于在所述雪崩光电二极管阵列发生雪崩击穿效应时对所述雪崩光电二极管阵列进行淬灭，/n其中，每个所述第一雪崩光电二极管的一端均与所述硅光电倍增器的第一电极连接，其另一端通过对应的所述淬灭单元与所述硅光电倍增器中的作为输出端的第二电极连接；每个所述第二雪崩光电二极管的两端分别与所述硅光电倍增器的所述第一电极和第三电极连接，并且当所述第二雪崩光电二极管处于工作状态时，在其内形成的耗尽区在深度方向上至少覆盖用于形成所述雪崩光电二极管阵列的外延层的一部分；所述第二电极和所述第三电极的极性相同并与所述第一电极的极性相反。/n

【技术特征摘要】
1.一种硅光电倍增器，其特征在于，所述硅光电倍增器包括：
雪崩光电二极管阵列，其包括第一雪崩光电二极管和第二雪崩光电二极管，并且所述第二雪崩光电二极管设置在所述第一雪崩光电二极管的外围，以将所述第一雪崩光电二极管与所述硅光电倍增器的第一电极间隔开；
淬灭单元，其与所述雪崩光电二极管阵列对应设置，并且用于在所述雪崩光电二极管阵列发生雪崩击穿效应时对所述雪崩光电二极管阵列进行淬灭，
其中，每个所述第一雪崩光电二极管的一端均与所述硅光电倍增器的第一电极连接，其另一端通过对应的所述淬灭单元与所述硅光电倍增器中的作为输出端的第二电极连接；每个所述第二雪崩光电二极管的两端分别与所述硅光电倍增器的所述第一电极和第三电极连接，并且当所述第二雪崩光电二极管处于工作状态时，在其内形成的耗尽区在深度方向上至少覆盖用于形成所述雪崩光电二极管阵列的外延层的一部分；所述第二电极和所述第三电极的极性相同并与所述第一电极的极性相反。


2.根据权利要求1所述的硅光电倍增器，其特征在于，所述硅光电倍增器还包括反射单元，其设置在与所述第一雪崩光电二极管对应的位置处。


3.根据权利要求2所述的硅光电倍增器，其特征在于，所述反射单元由金属材料或多层介电材料制成。


4.根据权利要求1-3中任一项所述的硅光电倍增器，其特征在于，所述第一雪崩光电二极管和/或所述第二雪崩光电二极管包括单光子雪崩二极管。


5.根据权利要求1-3中任一项所述的硅光电倍增器，其特征在于，当所述第二雪崩光电二极管的反向偏置电压大于其击穿电压时，所述第二雪崩光电二极管通过对应的所述淬灭单元与所述第三电极间接连接；当所述第二雪崩光电二极管的反向偏置电压小于其击穿电压时，所述第二雪崩光电二极管与所述第三电极直接...

【专利技术属性】
技术研发人员：张玺，徐青，王麟，
申请(专利权)人：湖北京邦科技有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北;42