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基于FPGA的100MHz近红外单光子探测器 被引量：8
1
作者 郑福 王超 +1 位作者 孙志斌 翟光杰 《光电子．激光》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第7期1254-1258,共5页
为克服InGaAs/InP雪崩二极管(APD)光电探测器的后脉冲现象,本文提出了基于FPGA的单光子探测器(SPD)测量系统,其门控频率最高可达100MHz,门控宽度最窄可到1ns,死区时间设定为109ns,并且这些参数都易于调节且有助于减少后脉冲概率。实验... 为克服InGaAs/InP雪崩二极管(APD)光电探测器的后脉冲现象,本文提出了基于FPGA的单光子探测器(SPD)测量系统,其门控频率最高可达100MHz,门控宽度最窄可到1ns,死区时间设定为109ns,并且这些参数都易于调节且有助于减少后脉冲概率。实验结果表明:在以上门控条件并且制冷温度为218K时,探测器的有效门宽为0.79ns;在死区时间超过109ns时,后脉冲现象可忽略;最大光子探测效率(PDE)约为14%;在光子探测效率为10%时,暗计数率(DCR)约为2×10-5/ns;并具有小型化、易调节的特点。 展开更多
关键词 INGAAS InP 100 MHz 单光子探测器(SPD) 光子探测效率(PDE) 暗计数率(dcr) FPGA
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一种低暗计数率P-I-N结构的单光子雪崩二极管探测器
2
作者 李峥 刘丹璐 +2 位作者 董杰 卞大井 徐跃 《光学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第9期25-30,共6页
基于180 nm BCD工艺制备出一种P型注入增强型P-I-N结构的单光子雪崩二极管(SPAD)探测器。采用P型漂移区与高压N+埋层之间的低掺杂浓度P型外延层作为I层深结雪崩区,提高了近红外波段的光子探测概率(PDP)。利用低掺杂浓度的P型外延层作为... 基于180 nm BCD工艺制备出一种P型注入增强型P-I-N结构的单光子雪崩二极管(SPAD)探测器。采用P型漂移区与高压N+埋层之间的低掺杂浓度P型外延层作为I层深结雪崩区,提高了近红外波段的光子探测概率(PDP)。利用低掺杂浓度的P型外延层作为虚拟保护环,防止了器件横向击穿,降低了暗计数率(DCR)。测试结果表明,虚拟保护环宽度(GRW)为5μm时,器件雪崩电压为56 V。在5 V过偏压下600 nm处的峰值PDP为41%,在901 nm的近红外波段下PDP大于6%,DCR为0.56 s^(-1)·μm^(-2),后脉冲率小于1.2%,表现出良好的电学和光学特性。所提出的SPAD器件为硅基高灵敏度近红外单光子探测器设计提供了一种可选的解决方案。 展开更多
关键词 探测器 单光子雪崩二极管(SPAD) P-I-N结构 光子探测概率(PDP) 暗计数率(dcr)
原文传递
一种宽光谱响应的双结单光子雪崩二极管
3
作者 刘丹璐 董杰 +1 位作者 许唐 徐跃 《固体电子学研究与进展》 CAS 北大核心 2023年第5期424-429,共6页
基于180 nm BCD工艺提出了一种新型双结雪崩区的单光子雪崩二极管(SPAD)探测器,采用N阱/高压P阱/N^(+)埋层结构形成了两个垂直堆叠的PN结,高压P阱和N^(+)埋层交界面形成较深的主雪崩区,增强对近红外短波光子的探测概率;同时,N阱/高压P... 基于180 nm BCD工艺提出了一种新型双结雪崩区的单光子雪崩二极管(SPAD)探测器,采用N阱/高压P阱/N^(+)埋层结构形成了两个垂直堆叠的PN结,高压P阱和N^(+)埋层交界面形成较深的主雪崩区,增强对近红外短波光子的探测概率;同时,N阱/高压P阱之间形成浅的次雪崩区,实现对蓝绿光的高效探测,两结同时工作能够有效扩展器件的光谱响应范围。TCAD仿真结果表明,与传统的P阱/深N阱结构相比,双结SPAD器件在300~940 nm的宽光谱范围内有更高的光子探测概率,在800 nm近红外短波段探测概率达到了20.6%。在3 V过偏压下,暗计数率为0.8 kHz,后脉冲概率为3.2%。 展开更多
关键词 单光子雪崩二极管(SPAD) 双结雪崩区 光子探测概率(PDP) 暗计数率(dcr) 后脉冲概率(AP)
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p-well/DNW单光子雪崩二极管保护环的最小化设计（英文） 被引量：3
4
作者 杨红姣 金湘亮 《红外与毫米波学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2018年第5期527-532,共6页
为了进一步缩小SPAD探测器的尺寸,基于0. 18μm CMOS图像传感器(CIS)工艺对p-well/DNW(deep n-well) SPAD的保护环尺寸进行设计,并制造了不同保护环尺寸的SPAD器件.测试结果表明,保护环尺寸减小到0. 4μm仍然能有效防止器件发生过早边... 为了进一步缩小SPAD探测器的尺寸,基于0. 18μm CMOS图像传感器(CIS)工艺对p-well/DNW(deep n-well) SPAD的保护环尺寸进行设计,并制造了不同保护环尺寸的SPAD器件.测试结果表明,保护环尺寸减小到0. 4μm仍然能有效防止器件发生过早边缘击穿(PEB),且保护环尺寸对p-well/DNW SPAD器件的暗计数率(DCR)和光子探测概率(PDP)影响较小.直径为20μm的SPAD器件,温度为25℃时暗计数率为638 Hz,且波长为530 nm时峰值光子探测概率为16%,具有低的暗计数率特性和宽的光谱响应特性. 展开更多
关键词 单光子雪崩二极管(SPAD) 保护环 边缘击穿(PEB) 暗计数率(dcr) 光子探测概率(PDP)
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SPAD探测器深n阱保护环宽度对暗计数噪声的影响
5
作者 董杰 刘丹璐 +1 位作者 许唐 徐跃 《半导体技术》 CAS 北大核心 2022年第12期979-984,共6页
为了探究单光子雪崩二极管(SPAD)器件的保护环宽度(W_(GR))对暗计数噪声的影响,基于标准180 nm CMOS工艺,设计了以低浓度掺杂深n阱(DNW)为保护环的p阱(PW)/DNW结构,通过实验和TCAD仿真研究了W_(GR)对暗计数噪声的影响。实验结果表明,当W... 为了探究单光子雪崩二极管(SPAD)器件的保护环宽度(W_(GR))对暗计数噪声的影响,基于标准180 nm CMOS工艺,设计了以低浓度掺杂深n阱(DNW)为保护环的p阱(PW)/DNW结构,通过实验和TCAD仿真研究了W_(GR)对暗计数噪声的影响。实验结果表明,当W_(GR)从1μm增加到2μm时,室温下SPAD器件的暗计数率(DCR)从79 kHz显著减小到17 kHz;当W_(GR)从2μm增加到3μm时,DCR不再发生明显变化。TCAD仿真揭示了当W_(GR)从2μm减小到1μm时,保护环区域的电场强度增长较大,导致缺陷辅助隧穿(TAT)效应引起的暗计数显著增加。当W_(GR)增加到2μm以上时,保护环区域的电场强度不再降低,继续增大W_(GR)对降低DCR不再有效,反而会导致SPAD器件填充因子减小。因此DNW W_(GR)为2μm的SPAD器件在具有低暗计数率的同时又有较小的尺寸,有利于高密度阵列的集成。 展开更多
关键词 单光子雪崩二极管(SPAD) 暗计数率(dcr) 保护环 缺陷辅助隧穿(TAT) 激活能
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一种近红外宽光谱CMOS单光子雪崩二极管探测器
6
作者 赵庭晨 朱思慧 +1 位作者 袁丰 徐跃 《功能材料与器件学报》 CAS 2018年第2期121-126,共6页
本文提出了一种新型近红外宽光谱的CMOS单光子雪崩二极管探测器(SPAD)结构,采用深N阱与P-外延层作为主雪崩区,增强了近红外短波光子探测效率;同时在深N阱内形成两个对称的环状次雪崩区,提高了光谱的响应范围。在0.18μm CMOS工艺下对该... 本文提出了一种新型近红外宽光谱的CMOS单光子雪崩二极管探测器(SPAD)结构,采用深N阱与P-外延层作为主雪崩区,增强了近红外短波光子探测效率;同时在深N阱内形成两个对称的环状次雪崩区,提高了光谱的响应范围。在0.18μm CMOS工艺下对该新型SPAD结构与传统P+/Nwell结构进行了仿真比较,TCAD仿真结果表明在850nm的近红外短波波段,新型SPAD器件的光子探测效率(PDE)达到19.9%,约为P+/Nwell结构的5倍,且在300nm-1000nm宽光谱范围内器件都能得到较高的响应。此外,由于雪崩区场强低,该新型SPAD器件受带-带隧穿效应(BTBT)影响小,暗计数率(DCR)随过偏压变化小,并且在温度低于20℃时DCR都远小于P+/Nwell结构。 展开更多
关键词 单光子雪崩二极管(SPAD) 光子探测效率(PDE) 带-带隧穿效应(BTBT) 暗计数率(dcr)
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