基于CMOS工艺的垂直双结单光子成像单元设计

来源 :杭州电子科技大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:lanyinghit
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
在可见光和近红外光波段,硅单光子雪崩二极管作为硅单光子探测器的核心器件已经被广泛地研究和实现,在检测弱光信号方面发挥了重要作用。在过去的十年中,特别是在单光子雪崩二极管与CMOS工艺的结合之后,单光子探测传感技术在荧光光谱、生物、量子信息和量子光学等领域都展现出了良好的应用前景和发展潜力。众所周知,以堆叠结光电二极管为核心器件的CMOS图像传感器不必借助拜耳模式的滤色器就可以分辨光谱。受这种结构的影响,许多专家和学者开始研究基于CMOS工艺的堆叠结单光子雪崩光电二极管,以期望在微光条件下能实现光谱分辨。本文参考现有的单结结构器件,设计了一个垂直堆叠的双结结构器件,能够同时对蓝紫光和近红外光进行探测。首先,对单光子雪崩光电二极管的边缘效应、光子探测效率和暗计数率等性能参数进行了全面的阐述,并且对SPAD的三种淬灭模式(被动式淬灭模式、主动式淬灭模式和门控式淬灭模式)进行了分析和比较,得出它们各自的优缺点和适用情况。然后,提出了一种基于SOI工艺的垂直堆叠的双结结构。其中浅结部分由p+区域、n型电荷层确定了中心有源区域,结合反型n阱组成了虚拟保护环;深结部分由深n阱和p型外延层组成,依靠外延层浓度的渐变在结的外围形成了虚拟保护环,有效地避免了边缘击穿。本文使用Silvaco公司生产的Silvaco Atlas 5.20.2 R半导体器件仿真工具对所提出的垂直堆叠双结单光子雪崩光电二极管结构的掺杂浓度、V—I特性曲线、电场强度分布、光子探测效率和暗计数率等参数进行了全面的仿真和计算,由此验证了所提结构达到了预先设定的要求,能够进行单光子的探测。同时为了体现所提结构的良好性能,本文把所设计的SPAD结构与现有的一个双结结构进行对比,通过仿真验证和计算得到了光子探测效率的对比曲线,说明了本文所设计的单光子雪崩光电二极管能够在蓝紫光和近红外光波段达到满意的效果。最后,本文对像素单元中的淬灭恢复电路进行了详细的设计和优化,建立了SPAD的等效电路模型,采用了主动式淬灭恢复电路,并完成了延迟保持电路的设计。对设计的电路使用Cadence仿真工具进行了各个环节的仿真。从仿真结果可以得出本文所采用的方案有效地降低了SPAD的死时间(大约为2.5ns),提高了探测器的探测频率。论文的结尾部分,使用版图绘制工具对整体的像素单元进行了版图的绘制。
其他文献
遥感图像融合是将多种传感器图像的互补信息进行重新整合,生成一幅具有更精确、更丰富信息的合成图像,其中多光谱与全色图像融合是遥感图像融合处理中研究最广泛的融合类型。多光谱图像与全色图像融合可以在提高空间分辨率的同时较好地保留了多光谱图像的光谱信息,能够充分利用遥感图像的空间信息与光谱信息,充分发挥各种遥感传感器的优势。本文在分析了多种像元级遥感图像融合方法的基础上,重点研究了具有多尺度、多方向与平移
1病例资料2例患者均长期有便后出血症状,结合既往直肠指诊及肠镜检查,诊断为Ⅲ期内痔。经过多学科会诊后,为患者实施直肠上动脉(superior rectal artery,SRA)栓塞术。术前均取
目的探讨黄金微针射频与小切口搔刮术治疗腋臭的临床效果。方法从2017年3月至2019年3月本院皮肤外科及激光美容门诊收治的不同程度的腋臭患者78例进行研究,设观察组和对照组,
随着目前城市轨道交通的不断发展,轨道电路作为城市轨道交通的重要组成部分得到了越来越多的重视。由于音频无绝缘数字轨道电路能够明显增加车地通信的信息量以及可靠性,因此
针对高土石坝的抗震安全这一我国西部强震区水电开发中的重要问题,在总结以往高土石坝抗震措施优缺点的基础上,同时吸收柔性加筋材料(土工格栅)和刚性加筋材料(钢筋)在高土石项抗
对中国6个代表城市的大菊品种资源计2732份材料进行了调查、拍照及性状记录。通过比对分析,共整理出大菊品种1429个,现有品种可分为8个色系、5个瓣型和43个花型。其中黄色系
完全成本是工程水价确定的基础。为了明确南水北调东线的水价,分析了调水企业的作业环节,用作业成本法设计了成本分配模型,对南水北调东线一期的供水成本进行了实例测算,结果表明
2015年底前,河北省在岗职工均能得到一次技能提升培训的机会企业要按职工工资总额的1.5%至2.5%足额提取并合理使用企业职工教育经费。所提取的职工教育经费的60%以上应用于一
介绍了一种具有输入匹配与输出滤波功能的毫米波高速脉冲检波器。通过在检波二极管前加载匹配枝节完成输入匹配,在末端采用低通滤波器滤除二次谐波。利用检波二极管的数学模
公共文化资源的整合利用是促进全社会资源共享的重要组成部分。如何将分散的数字文化资源予以整合,最大限度地推动使用者获取的进程,文章提出应建设一个公共文化数字资源聚合