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Compact SPAD pixels with fast and accurate photon counting in the analog domain 被引量:4
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作者 Zhiqiang Ma Zhong Wu Yue Xu 《Journal of Semiconductors》 EI CAS CSCD 2021年第5期85-90,共6页
A compact pixel for single-photon detection in the analog domain is presented. The pixel integrates a single-photon avalanche diode(SPAD), a passive quenching & active recharging circuit(PQARC), and an analog coun... A compact pixel for single-photon detection in the analog domain is presented. The pixel integrates a single-photon avalanche diode(SPAD), a passive quenching & active recharging circuit(PQARC), and an analog counter for fast and accurate sensing and counting of photons. Fabricated in a standard 0.18 μm CMOS technology, the simulated and experimental results reveal that the dead time of the PQARC is about 8 ns and the maximum photon-counting rate can reach 125 Mcps(counting per second). The analog counter can achieve an 8-bit counting range with a voltage step of 6.9 mV. The differential nonlinearity(DNL) and integral nonlinearity(INL) of the analog counter are within the ± 0.6 and ± 1.2 LSB, respectively, indicating high linearity of photon counting. Due to its simple circuit structure and compact layout configuration, the total area occupation of the presented pixel is about 1500 μm^(2), leading to a high fill factor of 9.2%. The presented in-pixel front-end circuit is very suitable for the high-density array integration of SPAD sensors. 展开更多
关键词 single-photon avalanche diode(spad) passive quenching&active recharging circuit(PQARC) analog counter nonlinearity
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Study of the influence of virtual guard ring width on the performance of SPAD detectors in 180 nm standard CMOS technology
2
作者 Danlu Liu Ming Li +3 位作者 Tang Xu Jie Dong Yuming Fang Yue Xu 《Journal of Semiconductors》 EI CAS CSCD 2023年第11期83-88,共6页
The influence of the virtual guard ring width(GRW)on the performance of the p-well/deep n-well single-photon avalanche diode(SPAD)in a 180 nm standard CMOS process was investigated.TCAD simulation demonstrates that th... The influence of the virtual guard ring width(GRW)on the performance of the p-well/deep n-well single-photon avalanche diode(SPAD)in a 180 nm standard CMOS process was investigated.TCAD simulation demonstrates that the electric field strength and current density in the guard ring are obviously enhanced when GRW is decreased to 1μm.It is experimentally found that,compared with an SPAD with GRW=2μm,the dark count rate(DCR)and afterpulsing probability(AP)of the SPAD with GRW=1μm is significantly increased by 2.7 times and twofold,respectively,meanwhile,its photon detection probability(PDP)is saturated and hard to be promoted at over 2 V excess bias voltage.Although the fill factor(FF)can be enlarged by reducing GRW,the dark noise of devices is negatively affected due to the enhanced trap-assisted tunneling(TAT)effect in the 1μm guard ring region.By comparison,the SPAD with GRW=2μm can achieve a better trade-off between the FF and noise performance.Our study provides a design guideline for guard rings to realize a low-noise SPAD for large-array applications. 展开更多
关键词 single-photon avalanche diode(spad) virtual guard ring dark count rate(DCR) photon detection probability(PDP) afterpulsing probability(AP)
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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
3
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)
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高光电探测效率CMOS单光子雪崩二极管器件 被引量:6
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作者 王巍 陈婷 +5 位作者 李俊峰 何雍春 王冠宇 唐政维 袁军 王广 《光子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第8期1-7,共7页
基于0.18μm CMOS工艺技术,制作了单光子雪崩二极管,可对650~950nm波段的微弱光进行有效探测.该器件采用P^+/N阱结构,P^+层深度较深,以提高对长光波的光子探测效率与响应度;采用低掺杂深N阱增大耗尽层厚度,可以提高探测灵敏度;深N阱与... 基于0.18μm CMOS工艺技术,制作了单光子雪崩二极管,可对650~950nm波段的微弱光进行有效探测.该器件采用P^+/N阱结构,P^+层深度较深,以提高对长光波的光子探测效率与响应度;采用低掺杂深N阱增大耗尽层厚度,可以提高探测灵敏度;深N阱与衬底形成的PN结可有效隔离衬底,降低衬底噪声;采用P阱保护环结构以预防过早边缘击穿现象.通过理论分析确定器件的基本结构参数及工艺参数,并对器件性能进行优化设计.实验结果表明,单光子雪崩二极管的窗口直径为10μm,器件的反向击穿电压为18.4V左右.用光强为0.001 W/cm^2的光照射,650nm处达到0.495A/W的响应度峰值;在2V的过偏压下,650~950nm波段范围内光子探测效率均高于30%,随着反向偏压的适当增大,探测效率有所提升. 展开更多
关键词 单光子雪崩二极管 标准0.18μm CMOS工艺 深N阱 保护环 击穿特性 响应度 光子探测效率
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一种新型低暗计数率单光子雪崩二极管的设计与分析(英文) 被引量:4
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作者 杨佳 金湘亮 +2 位作者 杨红姣 汤丽珍 刘维辉 《红外与毫米波学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2016年第4期394-397,共4页
基于0.18μm互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器工艺提出一种新型的低暗计数率(Dark Count Rate)单光子雪崩二极管(SPAD)器件.该器件是利用P+/LNW(Light N-well doping)结检测光子,并通过低浓度的N型扩散圆形保护环抑制边缘击穿,确... 基于0.18μm互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器工艺提出一种新型的低暗计数率(Dark Count Rate)单光子雪崩二极管(SPAD)器件.该器件是利用P+/LNW(Light N-well doping)结检测光子,并通过低浓度的N型扩散圆形保护环抑制边缘击穿,确保其工作在盖格模式.测试结果表明在室温环境下,直径为8μm的SPAD器件,雪崩击穿电压为14.2 V,当过调电压设置为2 V时,暗计数率为260 Hz,具有低的暗计数率特性. 展开更多
关键词 单光子雪崩二极管(spad) 边缘击穿(PEB) 互补金属氧化物半导体(CMOS)
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一种宽光谱响应的双结单光子雪崩二极管
6
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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用于单光子TOF测量的时间-幅度变换器 被引量:5
7
作者 马治强 徐跃 +1 位作者 朱思慧 吴仲 《微电子学》 CAS 北大核心 2021年第4期546-551,共6页
基于新型共源共栅电流源的积分方法,设计了一种用于单光子飞行时间(TOF)测量的时间-幅度变换器(TAC)。该方法有效简化了TAC电路结构,减小了TAC占用面积,显著提高了TOF的满量程范围(FSR)。采用0.18μm标准CMOS工艺设计。集成TAC的单光子... 基于新型共源共栅电流源的积分方法,设计了一种用于单光子飞行时间(TOF)测量的时间-幅度变换器(TAC)。该方法有效简化了TAC电路结构,减小了TAC占用面积,显著提高了TOF的满量程范围(FSR)。采用0.18μm标准CMOS工艺设计。集成TAC的单光子探测器像素单元的填充因子可达到26.8%。后仿真结果表明,该TAC在120 ns的FSR内具有230 ps的定时分辨率,微分非线性(DNL)低于0.05 LSB,积分非线性(INL)低于1.1 LSB。蒙特卡洛仿真表明,512个TAC像素间的不均匀性低于0.5%。该TAC非常适用于高密度时间相关的单光子计数(TCSPC)探测器阵列。 展开更多
关键词 单光子雪崩二极管 飞行时间 时间幅度转换器 填充因子 非线性
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Active quenching circuit for a InGaAs single-photon avalanche diode 被引量:3
8
作者 郑丽霞 吴金 +3 位作者 时龙兴 奚水清 刘斯扬 孙伟锋 《Journal of Semiconductors》 EI CAS CSCD 2014年第4期151-156,共6页
We present a novel gated operation active quenching circuit (AQC). In order to simulate the quenching circuit a complete SPICE model of a InGaAs SPAD is set up according to the I-V characteristic measurement resuits... We present a novel gated operation active quenching circuit (AQC). In order to simulate the quenching circuit a complete SPICE model of a InGaAs SPAD is set up according to the I-V characteristic measurement resuits of the detector. The circuit integrated with a ROIC (readout integrated circuit) is fabricated in an CSMC 0.5 μm CMOS process and then hybrid packed with the detector. Chip measurement results show that the functionality of the circuit is correct and the performance is suitable for practical system applications. 展开更多
关键词 single-photon avalanche diode spad active quenching circuit gated operation
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一种用于单光子探测器的高速门控淬灭电路 被引量:2
9
作者 王帅康 吴仲 +1 位作者 董杰 徐跃 《半导体技术》 CAS 北大核心 2022年第7期544-548,共5页
提出了一种应用于单光子激光雷达探测器的高速门控淬灭电路,该电路结构简单,仅由3只晶体管及1个与门组成。采用门控的方式能够将雪崩电流快速淬灭,有效抑制暗计数和后脉冲,同时能规避强背底光噪声的干扰。在不增加电路功耗的前提下,通... 提出了一种应用于单光子激光雷达探测器的高速门控淬灭电路,该电路结构简单,仅由3只晶体管及1个与门组成。采用门控的方式能够将雪崩电流快速淬灭,有效抑制暗计数和后脉冲,同时能规避强背底光噪声的干扰。在不增加电路功耗的前提下,通过合理选择复位管和淬灭管的宽长比及电路版图布局,所设计的淬灭电路芯片面积仅有13μm×14μm。基于0.18μm标准CMOS工艺对所设计的电路进行了流片验证,测试结果表明:该电路的淬灭和复位时间分别为1.6 ns和1.4 ns,可应用于高速、高密度单光子探测器。 展开更多
关键词 单光子雪崩二极管(spad) 盖革模式 复位时间 淬灭时间 门控淬灭电路
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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
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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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硅基高灵敏度近红外单光子dTOF探测器
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作者 王帅康 刘丹璐 +4 位作者 陈前宇 韩冬 王嘉源 徐跃 曹平 《光学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第20期20-29,共10页
基于0.18μm BCD工艺实现了一种高灵敏度、低暗计数噪声的近红外单光子直接飞行时间(dTOF)探测器。集成的单光子雪崩二极管(SPAD)探测器件采用新型的高压p阱/n+埋层作为深结雪崩倍增区的结构,显著提高了对近红外光子的探测概率;采用低... 基于0.18μm BCD工艺实现了一种高灵敏度、低暗计数噪声的近红外单光子直接飞行时间(dTOF)探测器。集成的单光子雪崩二极管(SPAD)探测器件采用新型的高压p阱/n+埋层作为深结雪崩倍增区的结构,显著提高了对近红外光子的探测概率;采用低掺杂的外延层作为虚拟保护环,有效减小了器件暗计数噪声。dTOF探测器读出电路采用三步式混合结构的时间数字转换器(TDC),获得了高时间分辨率和大动态范围。测试结果表明,SPAD器件在5 V过偏压下的光子探测概率(PDP)峰值达到45%,在905 nm近红外波长处的PDP大于7.6%,暗计数率(DCR)小于200 Hz。读出电路实现了130 ps的高时间分辨率和258 ns的动态范围,差分非线性度(DNL)和积分非线性度(INL)均小于±1 LSB(1 LSB=130 ps)。该dTOF探测器具有人眼安全阈值高、灵敏度高、噪声低和线性度好的优点,可应用于低成本、高精度的激光雷达测距系统。 展开更多
关键词 探测器 直接飞行时间 单光子雪崩二极管 光子探测概率 暗计数率 时间数字转换器
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采用多晶硅场板降低单光子雪崩二极管探测器暗计数 被引量:4
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作者 韩冬 孙飞阳 +2 位作者 鲁继远 宋福明 徐跃 《物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2020年第14期263-270,共8页
针对削弱暗计数噪声对单光子雪崩二极管(single-photon avalanche diode,SPAD)探测器的影响,本文研究了采用多晶硅场板降低SPAD器件暗计数率(dark count rate,DCR)的机理和方法.基于0.18-μm标准CMOS工艺,在一种可缩小的P+/P阱/深N阱器... 针对削弱暗计数噪声对单光子雪崩二极管(single-photon avalanche diode,SPAD)探测器的影响,本文研究了采用多晶硅场板降低SPAD器件暗计数率(dark count rate,DCR)的机理和方法.基于0.18-μm标准CMOS工艺,在一种可缩小的P+/P阱/深N阱器件结构的P+有源区和浅沟道隔离区(shallow trench isolation,STI)之间淀积了一层多晶硅场板来减小器件暗计数噪声.测试结果表明,多晶硅场板的淀积使SPAD器件的DCR降低了一个数量级,其在高温下的暗计数性能甚至优于室温下的未淀积多晶硅场板的器件.通过TCAD仿真进一步发现,SPAD器件保护环区域的峰值电场被多晶硅场板引入到STI内部,保护环区域的整体电场降低了25%;最后通过对DCR的建模计算得出,多晶硅场板削弱了具有高缺陷密度的保护环区域的电场,使缺陷相关DCR显著降低,从而有效改善了SPAD的暗计数性能. 展开更多
关键词 单光子雪崩二极管 暗计数率 多晶硅场板 缺陷辅助隧穿
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高边缘击穿和扩展光谱的圆形单光子雪崩二极管(英文) 被引量:2
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作者 金湘亮 曾朵朵 +4 位作者 彭亚男 杨红姣 蒲华燕 彭艳 罗均 《红外与毫米波学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2019年第4期403-407,共5页
介绍了一种0. 18μm互补金属氧化物半导体(CMOS)技术的新型宽光谱荧光相关谱探测器,其为高边缘击穿、扩展光谱和低暗计数率的圆形单光子雪崩二极管(SPAD).该器件由p+/deep n-well结,p-well保护环和多晶硅保护环组成.通过Silvaco TCAD 3... 介绍了一种0. 18μm互补金属氧化物半导体(CMOS)技术的新型宽光谱荧光相关谱探测器,其为高边缘击穿、扩展光谱和低暗计数率的圆形单光子雪崩二极管(SPAD).该器件由p+/deep n-well结,p-well保护环和多晶硅保护环组成.通过Silvaco TCAD 3D器件仿真,直径为10μm的圆形p+/deep n-well SPAD器件具有较高边缘击穿特性.此外,p+/deep n-well结SPAD比p+/n-well结SPAD具有更长的波长响应和扩展光谱响应范围.该器件在0. 5 V过量偏压下,可在490~775 nm波长范围内实现超过40%的光子探测率.该圆形p+/deep n-well SPAD器件在25℃时具有较好雪崩击穿为15. 14 V,具有较低暗计数率为638 Hz. 展开更多
关键词 单光子雪崩二极管(spad) 边缘击穿 暗计数率 光谱扩展
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高性能单光子雪崩二极管在180 nm CMOS工艺中的设计与实现(英文) 被引量:3
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作者 金湘亮 曹灿 杨红姣 《红外与毫米波学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2018年第1期30-34,128,共6页
为了实现大阵列电路集成,文中设计和实现了一种能与主动淬火电路集成的宽光谱范围和快速的单光子雪崩二极管(SPAD)芯片.一个精确的单光子雪崩二极管电路模型模拟了其在盖革模式下的静态和动态行为.该有源区直径为8μm的单光子雪崩二极... 为了实现大阵列电路集成,文中设计和实现了一种能与主动淬火电路集成的宽光谱范围和快速的单光子雪崩二极管(SPAD)芯片.一个精确的单光子雪崩二极管电路模型模拟了其在盖革模式下的静态和动态行为.该有源区直径为8μm的单光子雪崩二极管器件是基于上海宏利GSMC 180 nm CMOS图像传感器(CIS)技术实现的.由于采用有效的器件结构,其击穿电压是15.2 V,淬灭时间是7.9 ns.此外,该器件实现了宽的光谱灵敏度,其在低过电压下的光子探测概率(PDP)从470 nm到680 nm光波长段最高可达15.7%.并且它在室温下的暗计数率相当低. 展开更多
关键词 单光子雪崩二极管 光子探测概率 模型 盖革模式 CMOS图像传感器技术
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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
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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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一种用于自由运转SPAD的高速淬灭电路设计 被引量:1
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作者 李云铎 叶联华 +3 位作者 刘煦 黄松垒 黄张成 龚海梅 《半导体光电》 北大核心 2021年第3期402-406,共5页
针对标准CMOS工艺的单光子雪崩探测器(Single Photon Avalanche Detector,SPAD),设计了一种可用于自由运转模式的高速淬灭电路。为了实现淬灭电路的功能设计与精准仿真,根据实测的SPAD电流-电压曲线拟合得到了电流与电压间的多段式函数... 针对标准CMOS工艺的单光子雪崩探测器(Single Photon Avalanche Detector,SPAD),设计了一种可用于自由运转模式的高速淬灭电路。为了实现淬灭电路的功能设计与精准仿真,根据实测的SPAD电流-电压曲线拟合得到了电流与电压间的多段式函数解析式,进一步建立了SPAD器件的Verilog-A行为级模型并与淬灭电路进行集成仿真与验证。淬灭电路采用基于电容感应的主被动淬灭结构,利用可变MOS电容的延迟电路实现了关断时间(Hold-off Time)的灵活调节。仿真结果表明,所设计淬灭电路的淬灭时间和恢复时间分别为1.0和1.2ns,关断时间调节范围为1.02~3.55μs,可以满足自由运转CMOS SPAD的应用需求。 展开更多
关键词 spad 盖革模式 淬灭电路 自由运转
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长春站卫星激光测距精度的提高和系统稳定性的改进 被引量:1
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作者 赵有 张俊荣 +1 位作者 范存波 巩岩 《电子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 1999年第11期111-113,110,共4页
经过1997年8月对中科院长春人造卫星观测站卫星激光测距系统的技术改造,使系统的观测精度和稳定性都有了很大的提高.主要是采用了量子效率高、能自动补偿、时间游动小、快响应的单光子光电雪崩二极管和一套便携式激光测距校准系统,以及... 经过1997年8月对中科院长春人造卫星观测站卫星激光测距系统的技术改造,使系统的观测精度和稳定性都有了很大的提高.主要是采用了量子效率高、能自动补偿、时间游动小、快响应的单光子光电雪崩二极管和一套便携式激光测距校准系统,以及建立三个近地标准靶等.结果使测距内符精度由原来的6cm左右,提高到现在的小于2cm(单次)和1cm左右(标准点数据),系统的长期稳定性由原来的4cm左右,提高到现在小于2cm,系统测距的距离偏差小于6cm,时间偏差小于50μs. 展开更多
关键词 卫星激光测距 便携式 激光测距校准 测距精度
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STI埋层的高光电流和低暗计数率单光子雪崩二极管(英文) 被引量:2
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作者 金湘亮 彭亚男 +4 位作者 曾朵朵 杨红姣 蒲华燕 彭艳 罗均 《红外与毫米波学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2019年第2期149-153,共5页
研究和分析了一种0. 18μm CMOS工艺单光子雪崩二极管(SPAD),其结构能抑制过早的边缘击穿(PEB),同时获得较大的光电流和低的暗计数率(DCR).该SPAD由p-well/deep n-well的感光结,deep n-well向上扩散形成的区域和边缘Shallow Trench Isol... 研究和分析了一种0. 18μm CMOS工艺单光子雪崩二极管(SPAD),其结构能抑制过早的边缘击穿(PEB),同时获得较大的光电流和低的暗计数率(DCR).该SPAD由p-well/deep n-well的感光结,deep n-well向上扩散形成的区域和边缘Shallow Trench Isolation(STI)共同形成的保护环组成.通过测试确定了与光电流和暗率有关的STI层的大小.结果证明,在STI层与保护环之间的重叠区域为1μm时,SPAD的暗计数率和光电流最佳.此外,直径为10μm的圆形SPAD器件的暗计数率为208 Hz,且在波长为510 nm时峰值光子探测概率为20. 8%,此时具有低的暗计数率和高的探测效率以及宽的光谱响应特性. 展开更多
关键词 单光子雪崩二极管 边缘击穿 暗计数率 互补金属氧化物半导体 光子探测概率
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基于CMOS工艺的单光子雪崩二极管的盖革模式仿真
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作者 王成 孟丽娅 +1 位作者 王庆祥 闫旭亮 《半导体技术》 CAS CSCD 北大核心 2014年第4期279-284,共6页
采用互补金属氧化物半导体(CMOS)工艺和p阱保护环,使用SILVACO公司的ATLAS软件进行器件结构设计和仿真,得到了能正常工作在盖革模式下的单光子雪崩二极管(SPAD)。仿真结果表明:设计的器件结构中p+/n-阱结降低了结附近的电场强度,并且低... 采用互补金属氧化物半导体(CMOS)工艺和p阱保护环,使用SILVACO公司的ATLAS软件进行器件结构设计和仿真,得到了能正常工作在盖革模式下的单光子雪崩二极管(SPAD)。仿真结果表明:设计的器件结构中p+/n-阱结降低了结附近的电场强度,并且低于平面pn结的电场强度,从而起到了抑制二极管发生边缘击穿的保护作用;电场强度和碰撞产生率呈正相关,并得出了电子、空穴的雪崩产生率与纵向位置的关系曲线及器件中某一个点处的电子雪崩产生率和偏置电压的关系曲线。仿真结果对基于CMOS工艺的SAPD结构设计具有一定的指导意义。 展开更多
关键词 ATLAS软件 盖革模式 单光子雪崩二极管(spad) 电场强度 雪崩产生率
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一种近红外宽光谱CMOS单光子雪崩二极管探测器
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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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