具有不同尺寸单元的SiPM制造技术

本公开涉及包括固态单光子探测器的设备、光探测和测距(lidar)系统以及载具。一种示例设备包括限定主平面的衬底和沿主平面设置的多个光电探测器单元。多个光电探测器单元包括至少一个大面积单元和至少一个小面积单元。大面积单元具有第一面积，小面积单元具有第二面积，并且第一面积大于第二面积。该设备还包括耦合到多个光电探测器单元的读出电路。读出电路被配置为基于由多个光电探测器单元探测到的入射光来提供输出信号。的入射光来提供输出信号。的入射光来提供输出信号。

SIPM with different size units

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有不同尺寸单元的SiPM
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求2019年12月9日提交的美国专利申请号16/707,127的权益，其内容通过引用结合于此。

技术介绍

[0003]固态单光子探测器，诸如硅光电倍增器(silicon photomultiplier device)(例如，SiPM)设备，可以包括大约2500个单光子探测器或单元的阵列。在这样的情况下，每个单元可以包括以盖革(Geiger)模式操作的单光子雪崩二极管(SPAD)。在一些实施例中，多个单元可以并联耦合(或以其他类型的耦合布置)，以提供光电探测器的期望动态范围(例如，在达到饱和之前探测多达107个光子的能力)。
[0004]然而，需要能够在更宽的动态范围内感测光的固态单光子探测器。

技术实现思路

[0005]示例实施例涉及用于在宽动态范围内以单光子分辨率探测光的方法、设备和系统。
[0006]在第一方面，提供了一种设备。该设备包括限定主平面的衬底和沿主平面设置的多个光电探测器单元。多个光电探测器单元包括至少一个大面积单元和至少一个小面积单元。大面积单元具有第一面积，小面积单元具有第二面积。第一面积大于第二面积。该设备还包括耦合到多个光电探测器单元的读出电路。读出电路被配置为基于由多个光电探测器单元探测到的入射光来提供输出信号。
[0007]在第二方面，提供了一种光探测和测距(light detection and ranging，lidar)系统。该lidar系统包括至少一个光发射器设备和接收器子系统。接收器子系统包括限定主平面的衬底和沿主平面设置的多个光电探测器单元。多个光电探测器单元包括至少一个大面积单元和至少一个小面积单元。大面积单元具有第一面积，小面积单元具有第二面积。第一面积大于第二面积。该lidar系统还包括耦合到多个光电探测器单元的读出电路。读出电路被配置为基于由多个光电探测器单元探测到的入射光来提供输出信号。
[0008]在第三方面，提供了一种载具。该载具包括至少一个光探测和测距(lidar)系统。该lidar系统包括至少一个光发射器设备和接收器子系统。接收器子系统包括限定主平面的衬底。该lidar系统还包括沿着主平面设置的多个光电探测器单元。多个光电探测器单元包括至少一个大面积单元和至少一个小面积单元。大面积单元具有第一面积，小面积单元具有第二面积。第一面积大于第二面积。该lidar系统还包括耦合到多个光电探测器单元的读出电路。读出电路被配置为基于由多个光电探测器单元探测到的入射光来提供输出信号。
[0009]对于本领域普通技术人员来说，通过阅读以下详细描述，并适当参考附图，其他方面、实施例和实现将变得显而易见。
附图说明
[0010]图1示出了根据示例实施例的设备。
[0011]图2A示出了根据示例实施例的设备横截面。
[0012]图2B示出了根据示例实施例的设备布局。
[0013]图2C示出了根据示例实施例的设备布局。
[0014]图2D示出了根据示例实施例的设备布局。
[0015]图2E示出了根据示例实施例的设备布局。
[0016]图2F示出了根据示例实施例的设备布局。
[0017]图3示出了根据示例实施例的光探测和测距系统。
[0018]图4示出了根据示例实施例的图3的光探测和测距系统的一部分。
[0019]图5A示出了根据示例实施例的载具。
[0020]图5B示出了根据示例实施例的载具。
[0021]图5C示出了根据示例实施例的载具。
[0022]图5D示出了根据示例性实施例的载具。
[0023]图5E示出了根据示例实施例的载具。
具体实施方式
[0024]本文描述了示例方法、设备和系统。应当理解，本文使用的词语“示例”和“示例性的”表示“用作示例、实例或说明”。本文作为“示例”或“示例性”描述的任何实施例或特征不一定被解释为比其他实施例或特征更优选或更有利。在不脱离本文呈现的主题的范围的情况下，可以利用其他实施例，并且可以进行其他改变。
[0025]因此，本文描述的示例实施例不意味着是限制性的。如本文通常描述的和在附图中示出的，本公开的各方面可以以多种不同的配置来布置、替换、组合、分离和设计，所有这些在本文都是预期的。
[0026]此外，除非上下文另有暗示，否则每个附图中所示的特征可以彼此结合使用。因此，附图通常应被视为一个或多个总体实施例的结合方面，应理解并非所有示出的特征对于每个实施例都是必要的。
[0027]I.概述
[0028]SiPM包括并联电连接的单光子雪崩二极管(single photon avalanche diode，SPAD)阵列。SPAD是一种单光子敏感设备，其被设计用于以盖革模式操作。在一些操作情况中(例如，弱光操作)，当探测相对少量的光子(例如，大约10个光子)时，可能希望SiPM的响应基本上是线性的。为了提供期望的响应和动态范围，示例实施例可以包括被设置在光电探测器中心附近的相对较大的一个或多个“大面积(large
‑
area)”单元(例如，具有大约30微米的边长)和光电探测器边缘附近的相对较小的“小面积(small
‑
area)”单元(例如，具有大约10微米的边长)。在一些实施例中，与“小面积”单元的类似有效面积相比，“大面积”单元可以提供更高的灵敏度。同时，与“大面积”单元相比，“小面积”单元可以帮助提供改进的动态范围，因为它们更能抵抗“溢出(blooming)”和/或可以提供更快的单元恢复时间。
[0029]在一些实施例中，“大面积”单元可以被配置为向第一12位模数转换器(analog
‑
to
‑
digital converter，ADC)提供相应输出，而“小面积”单元可以被配置为向第二12位ADC
提供相应输出。来自第一和第二12位ADC的数字输出可以被压缩扩展(扩展和/或压缩)或以其他方式处理，以便形成由光电探测器接收的光的高动态范围(high dynamic range，HDR)(例如，16位信号)表示。
[0030]替代地或附加地，一些实施例可以在每个单元或单元的组上包括微透镜。在一些实施例中，可以基于入射光的预定光束强度分布(profile)(例如，平顶、高斯或超高斯分布)来选择大面积单元和小面积单元的位置。
[0031]在示例实施例中，“大面积”单元和“小面积”单元的布置可以与孔径阵列中一个或多个孔径的位置相对应。例如，“大面积”单元可以基本上位于孔径阵列的相应孔径的中心附近。在一些实施例中，小面积单元(具有较低的PDE，较高的动态范围)可以与大面积单元混合。在一些实施例中，具有混合面积光电探测器的设计可以提供设计自由度，以在一些小的PDE之间进行折衷，从而获得更高的灵敏度和改善的整体动态范围。
[0032]II.示例设备
[0033]图1示出了根据示例实本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种设备，包括：衬底，限定主平面；多个光电探测器单元，沿着主平面设置，其中，所述多个光电探测器单元包括至少一个大面积单元和至少一个小面积单元，其中，大面积单元具有第一面积并且小面积单元具有第二面积，其中，第一面积大于第二面积；和读出电路，耦合到所述多个光电探测器单元，其中，读出电路被配置为基于由所述多个光电探测器单元探测到的入射光来提供输出信号。2.根据权利要求1所述的设备，其中，所述多个光电探测器单元中的每个光电探测器单元包括单光子雪崩二极管(SPAD)。3.根据权利要求2所述的设备，其中，每个SPAD以盖革操作模式操作。4.根据权利要求2所述的设备，其中，所述读出电路包括用于每个SPAD的相应淬灭电路，其中，相应淬灭电路包括淬灭电阻器。5.根据权利要求1所述的设备，其中，所述多个光电探测器单元和读出电路的组合限定至少一个固态、多元件、单光子探测器。6.根据权利要求1所述的设备，其中，所述多个光电探测器单元和读出电路的组合限定至少一个硅光电倍增器(SiPM)。7.根据权利要求1所述的设备，其中，所述多个光电探测器单元以并联布置被电耦合。8.根据权利要求1所述的设备，其中，第一面积基于15微米至50微米之间的第一边长或第一直径，并且其中，第二面积基于2微米至15微米之间的第二边长或第二直径。9.根据权利要求1所述的设备，其中，所述多个光电探测器单元被配置为由穿过衬底的后侧表面的入射光照射。10.根据权利要求1所述的设备，其中，所述多个光电探测器单元是根据正方形阵列或六边形阵列中的至少一个被设置的。11.根据权利要求1所述的设备，其中，所述读出电路包括：耦合到大面积单元的至少一个放大器；和耦合到小面积单元的至少一个放大器。12.根据权利要求1所述的设备，其中，所述读出电路包括：耦合到大面积单元的至少一个模数转换器(ADC)；和耦合到小面积单元的至少一个ADC，其中，耦合到大面积单元的ADC是第一12位ADC并且耦合到大面积单元的ADC是第二12位ADC，并且其中，读出电路被配置为组合第一12位ADC的输出和第二12位ADC的输出以形成输出信号，其中，输出信号包括由光电探测器单元接收的光的16位表示。13.根据权利要求1所述的设备，还包括：至少一个微透镜，被设置在所述多个光电探测器单元中的一个光电探测器单元或光电探测器...

【专利技术属性】
技术研发人员：C欧纳尔，N达里亚，
申请(专利权)人：伟摩有限责任公司，
类型：发明
国别省市：