一种SPAD器件结构及SPAD探测器制造技术

技术编号：40837046 阅读：2 留言：0更新日期：2024-04-01 15:02

一种SPAD器件结构及SPAD探测器。本申请通过一种SPAD器件结构，其特征在于，包括：P型衬底层、P型深阱区、有效吸收区、耗尽区、雪崩区、P阱区、PPLUS区、以及P型阻挡层；所述P型衬底层处于最下方，所述P型深阱区位于所述P型衬底层上方；所述有效吸收区位于所述P型深阱区上方；所述耗尽区位于所述有效吸收区上方；所述雪崩区位于所述耗尽区上方；所述P阱区位于所述SPAD器件两侧；所述PPLUS区位于所述阱区内；所述P型阻挡层位于所述有效吸收区上方，并位于所述耗尽区两侧。这样，可以阻止光生电子绕过雪崩区，增大了光生电子的雪崩概率，这样就提高了SPAD器件的PDE。

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【技术实现步骤摘要】

本申请涉及探测领域，特别涉及一种一种spad器件结构及spad探测器。

技术介绍

1、飞行时间测距法(time of flight，tof)，其原理是通过给目标物连续发送光脉冲，然后用传感器接收从物体返回的光，通过探测光脉冲的飞行(往返)时间来得到目标物距离。

2、而直接飞行时间探测(direct time of flight，dtof)作为tof的一种，dtof技术通过计算光脉冲的发射和接收时间，直接获得目标距离，具有原理简单，信噪比好、灵敏度高、精确度高等优点，受到了越来越广泛的关注。

3、一般地，在一些dtof测距应用中，可以使用包括单光子检测器(例如单光子)在内的光电探测器阵列来执行反射辐射的单光子雪崩二极管(single photon avalanchediode，spad)阵列。一个或多个光电探测器可以限定阵列的探测器像素。spad阵列可以在可能需要高灵敏度和定时分辨率的成像应用中用作固态光电探测器。spad基于半导体结(例如，p-n结)，例如，当通过或响应于具有期望脉冲宽度的选通信号而被偏置到其击穿区域之外时，该半导体结可以检测入射光子。高的反向偏置电压会产生足够大小的电场，从而使引入器件耗尽层的单个电荷载流子可以通过碰撞电离引起自持雪崩。

4、光子触发雪崩电流的总概率可称为spad的光子检测效率(photon detectionefficiency,pde)。一般来讲，人们期望spad具有较高的pde，因为这提高了器件的灵敏度和性能。然而，在现有的spad器件结构中edge e

技术实现思路

1、本申请的目的在于，针对上述现有技术中的不足，提供一种spad器件结构及spad探测器，以解决现有spad器件中由于edge effect(边缘效应)效应，光生电子绕过雪崩区域，直接流向阴极，导致spad器件的pde损失严重的问题。

2、为实现上述目的，本申请实施例采用的技术方案如下：

3、第一方面，本申请提供了一种spad器件结构，其特征在于，包括：p型衬底层、p型深阱区、有效吸收区、耗尽区、雪崩区、p阱区、pplus区、以及p型阻挡层；所述p型衬底层处于最下方，所述p型深阱区位于所述p型衬底层上方；所述有效吸收区位于所述p型深阱区上方；所述耗尽区位于所述有效吸收区上方；所述雪崩区位于所述耗尽区上方；所述p阱区位于所述spad器件两侧；所述pplus区位于所述阱区内；所述p型阻挡层位于所述有效吸收区上方，并位于所述耗尽区两侧。

4、可选地，所述p型阻挡层为斜向掺杂。

5、可选地，p型掺杂浓度为pplus区掺杂浓度>p阱区掺杂浓度>p型阻挡层掺杂浓度>p型深阱区掺杂浓度>p型衬底层掺杂浓度。

6、可选地，所述耗尽区域的中间宽度大于耗尽区域两边的宽度。

7、可选地，所述spad器件结构的两侧设置有spad器件的阳极(p-spad)以及spad器件的阴极(n-spad)。

8、可选地，所述spad器件的阳极(p-spad)的p型掺杂浓度小于所述p阱区掺杂浓度，并且其p型掺杂浓度大于所述p型阻挡层掺杂浓度。

9、第二方面，本申请提供了一种spad探测器，其特征在于，包括若干个如权利要求1或2所述的spad器件结构，若干个spad器件结构呈阵列分布。

10、本申请的有益效果是：通过提供一种spad器件结构，其特征在于，包括：p型衬底层、p型深阱区、有效吸收区、耗尽区、雪崩区、p阱区、pplus区、以及p型阻挡层；所述p型衬底层处于最下方，所述p型深阱区位于所述p型衬底层上方；所述有效吸收区位于所述p型深阱区上方；所述耗尽区位于所述有效吸收区上方；所述雪崩区位于所述耗尽区上方；所述p阱区位于所述spad器件两侧；所述pplus区位于所述阱区内；所述p型阻挡层位于所述有效吸收区上方，并位于所述耗尽区两侧。这样，可以阻止光生电子绕过雪崩区。且因为有p型阻挡层的存在，耗尽区域的中间宽度大于耗尽区域两边的宽度，更有利于中性体区的电子向中间聚焦，到达雪崩区域，增大了光生电子的雪崩概率，这样就提高了spad器件的pde。

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【技术保护点】

1.一种SPAD器件结构，其特征在于，包括：

2.如权利要求1所述的SPAD器件结构，其特征在于，所述P型阻挡层为斜向掺杂。

3.如权利要求1或2所述的SPAD器件结构，其特征在于，P型掺杂浓度为PPLUS区掺杂浓度>P阱区掺杂浓度>P型阻挡层掺杂浓度>P型深阱区掺杂浓度>P型衬底层掺杂浓度。

4.如权利要求1或2所述的SPAD器件结构，其特征在于，所述耗尽区域的中间宽度大于耗尽区域两边的宽度。

5.如权利要求1所述的SPAD器件结构，其特征在于，所述SPAD器件结构的两侧设置有SPAD器件的阳极(P-SPAD)以及SPAD器件的阴极(N-SPAD)。

6.如权利要求5所述的SPAD器件结构，其特征在于，所述SPAD器件的阳极(P-SPAD)的P型掺杂浓度小于所述P阱区掺杂浓度，并且其P型掺杂浓度大于所述P型阻挡层掺杂浓度。

7.一种SPAD探测器，其特征在于，包括若干个如权利要求1或2所述的SPAD器件结构，若干个SPAD器件结构呈阵列分布。

【技术特征摘要】

1.一种spad器件结构，其特征在于，包括：

2.如权利要求1所述的spad器件结构，其特征在于，所述p型阻挡层为斜向掺杂。

3.如权利要求1或2所述的spad器件结构，其特征在于，p型掺杂浓度为pplus区掺杂浓度>p阱区掺杂浓度>p型阻挡层掺杂浓度>p型深阱区掺杂浓度>p型衬底层掺杂浓度。

4.如权利要求1或2所述的spad器件结构，其特征在于，所述耗尽区域的中间宽度大于耗尽区域两边的宽度。

5....

【专利技术属性】
技术研发人员：雷述宇，
申请(专利权)人：宁波飞芯电子科技有限公司，
类型：发明
国别省市：

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