【摘 要】
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随着工业仪器智能化的发展,基于飞行时间（Time Of Flight,TOF）的光子成像系统,可用来直接测量景深/距离,能够实现更快的响应速度和更大的测量范围。单光子雪崩光电二极管（Single Photon Avalanche Diode,SPAD）作为一种光导式的探测器,将其集成到标准工艺CMOS/BCD中,将大大提高器件的小型化、集成化水平,降低成本。本文基于BCD工艺研究并仿真了一种高响应
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随着工业仪器智能化的发展,基于飞行时间（Time Of Flight,TOF）的光子成像系统,可用来直接测量景深/距离,能够实现更快的响应速度和更大的测量范围。单光子雪崩光电二极管（Single Photon Avalanche Diode,SPAD）作为一种光导式的探测器,将其集成到标准工艺CMOS/BCD中,将大大提高器件的小型化、集成化水平,降低成本。本文基于BCD工艺研究并仿真了一种高响应度的SPAD探测器,研究内容如下:1、SPAD的结构设计,该项工作主要分为以下三部分:（1）通过研究硅基SPAD的载流子与电场和光场的相互作用,建立内部电场分布,优化SPAD的结构与性能,设计出具有高响应度的SPAD结构;（2）根据理论研究,设计三种结构:两端式N阱结构、两端式深N阱结构以及包围式BN阱结构;（3）通过Silvaco TCAD软件仿真分析了光敏面长度分别为7μm,9μm,10μm,11μm在三种不同结构下的I-V特性、电场强度分布、光谱响应。分析结果显示,光敏面为11μm的三种结构中,两端式N阱结构的反偏电压最低,包围式BN阱结构的反偏电压为17.63V,高于另外两种。在电场强度中,包围式BN阱结构拐角处场强大小为中等,且分布均匀,避免了边缘击穿。波长在700nm处,11μm的包围式BN阱结构的光谱响应能力最强。2、引入由淬灭电路搭配延时电路整合而成的外部电路,以达到保证SPAD探测效率以及探测准确性的目的。（1）通过理论分析三种淬灭电路的工作特性,得出有源淬灭电路能够避免器件发热,降低后脉冲率,并且实现快速淬灭的目的。（2）设计由有源淬灭电路搭配三个反相器级联的延时电路整合而成得到延时时间为1ns。（3）通过Cadence软件模拟SPAD的schematic电路以及淬灭复位电路,联结仿真得到SPAD探测器整体电路的死区时间在2.5ns。
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