[发明专利]微光电感单元及其背读式半导体光电倍增管及其组件

说明书

技术领域

本发明涉及半导体传感器技术领域，尤其是指微光电感单元及其背读式半导体光电倍增管及其组件。 

背景技术

固态光电探测器设计近年来取得技术进展，出现了半导体光电倍增管(SiP-M)，其可在磁场内部进行单光子探测和操作。从单光子发射计算机化断层显像(SP-ECT)的放射性核素显像到粒子物理学的正电子发射断层显像等诸多应用领域，半导体光电倍增管都被认为是光电倍增管的替代材料。半导体光电也有很多其他名称：硅光电倍增管，金属电阻半导体AP-D（雪崩光电二极管），微像素AP-D，多像素光子计数器，盖格模式AP-D，固态光电倍增管等等。许多研究团队和生产商都开发出了特定配置的SiP-M。 

一个半导体光电倍增管即大量小型相同运行于矩阵内盖格模式下的雪崩光电二极管（AP-D）。典型的半导体光电倍增管微光电感单元尺寸规格为10-100微米。每一个微光电感单元作为一个独立的光子计数器在盖格模式下工作，工作电压高于击穿电压5%至20%不等。当一个光子冲击其中一个微光电感单元时，可产生能引发盖格模式 放电的自由载流子。当放电电流穿过一个集成淬熄电阻时微光电感单元的电压将下降，低于击穿电压，此时放电淬熄。由于来自微光电感单元的信号在形状和振幅上近乎相同，所以微光电感单元为二进制设备装置。所有来自微光电感单元的放电电流都加在一个普通的负载抗阻上，故一个半导体光电倍增管的输出信号是所有微光电感单元同一时间内输出信号的总和。 

半导体光电倍增管的主要特征包括高增益(10⁵至10⁶))，低偏置电压(<100V)，对磁场的低灵敏度，良好的时间解析度，以及低功耗。此外，半导体光电倍增管还可通过互补金属-氧化物-半导体(CMOS)技术进行装配，可减少装置成本。 

在半导体光电倍增管取得的最新进展包括将一种电子体结合每一微光电感单元以探测光子；此电子体可包含有源淬熄和充电电路。带集成淬熄电阻的半导体光电倍增管的开发，以改善它们的填充因数；由于正面无多晶硅电阻与金属线，光子探测有源区得以增加。然而，信号始终加于所有微光电感单元共用的一个连续电极上并从正面读出。这也导致了光电倍增管的设计普遍存在的缺陷，信号需从设备正面读出，设置在装置前表面的淬熄电阻结构常常会减小光子探测有源区。此外，其他任何在正表面装配的（有源或无源）元件均可对有源区产生影响。通常，半导体光电倍增管的光子探测效率(P-DE)是量子效率（QE）、几何填充因数、以及入射光子触发击穿可能性的产物；微光电感单元小尺寸半导体光电倍增管都有一个相对较小的填充因数（由有源微光电感单元面积占据的总面积部分）， 从而降低了光子探测效率(P-DE)。 

发明内容

本发明在于针对目前半导体光电倍增管存在的不足，而提供一种解决以上问题的微光电感单元及其背读式半导体光电倍增管及其组件。 

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案： 

微光电感单元，所述微光电感单元包括： 

具有第一侧和第二侧的p-型半导体衬底，第一侧设置一凹槽，凹槽内填充有导电材料，所述第二侧掺杂有n-型离子；p-型半导体衬底的第二侧设置p-型外延层，p-型外延层包括： 

靠近p-型半导体衬底并掺杂p-型离子的第一区域，和 

设置在第一区域上的第二区域，第二区域的掺杂的p-型离子高于所述第一区域的掺杂水平。 

较佳的，所述凹槽为圆柱状。 

较佳的，所述凹槽具有宽高比为约 

较佳的，所述凹槽口径为 微米。 

较佳的，所述p-型半导体衬底选用单晶硅或砷化镓。 

较佳的，所述p-型外延层选用单晶硅或砷化镓。 

较佳的，所述导电材料是选自由n-型多晶硅或n-型多晶砷化镓。 

较佳的，所述导电材料为金属材料。 

较佳的，所述微光电感单元还包括设置在凹槽的表面上，垂直 于所述p型半导体衬底的第一侧的电绝缘层。 

较佳的，所述p-型半导体衬底厚度为20微米到600微米。 

较佳的，所述p-型外延层厚度为微米到5微米。 

较佳的，所述半导体光电倍增管还包括：设置在p型外延层的抗反射层。 

较佳的，所述导电性材料与所述第二侧部之间的p型半导体衬底部分大约为0.2微米至10微米厚。 

微光电感单元，所述微光电感单元包括：