(英)高性能单光子雪崩二极管在180 nm CMOS工艺中的设计与实现
投稿时间:2017-06-30  修订日期:2017-09-26  点此下载全文
引用本文:
摘要点击次数: 50
全文下载次数: 
作者单位E-mail
金湘亮 湘潭大学物理与光电工程学院、湖南省微光电与系统集成实验室 jinxl@xtu.edu.cn 
曹灿 湘潭大学物理与光电工程学院、湖南省微光电与系统集成实验室  
杨红姣 湘潭大学物理与光电工程学院、湖南省微光电与系统集成实验室  
基金项目:这项工作是在中国国家自然科学基金重点项目(批准号NO.61233010),由中国国家自然科学基金(批准号NO.61774129和No.61704145)和湖南省自然科学杰出青年基金(2015JJ1014)支持下进行的。
中文摘要: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8微米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470nm到680nm光波长段可达15.7%,并且其在室温下的暗计数率相当低。
中文关键词:单光子雪崩二极管  盖革模式  CMOS图像传感器技术  宽光谱范围
 
Design and Implementation of High Performance Single-Photon Avalanche Diode in 180-nm CMOS Technology
Abstract:A wide spectral range and fast Single-photon avalanche diode (SPAD) chip which can be integrated with actively quenching circuit for large array realization is designed and implemented. The precise circuit model of SPAD for simulating the static and dynamic behaviors in Geiger-mode is used. The device with an 8 μm diameter active area is fabricated in GSMC 180 nm CMOS image sensor (CIS) technology. With the efficient device’s structure, the low breakdown voltage is 15.2 V and quenching time is 7.9 ns. Additionally, the device achieves wide spectral sensitivity and enables maximum photon detection probability (PDP) of 15.7% from 470 to 680 nm of wavelength at low excess voltage. Moreover, it exhibits a relatively low dark count rate (DCR) at room temperature.
keywords:SPAD  Geiger mode  CIS technology  wide spectral range
查看全文  查看/发表评论  下载PDF阅读器

版权所有:《红外与毫米波学报》编辑部