[实用新型]雪崩二极管和雪崩二极管阵列

说明书

技术领域

本公开涉及一种雪崩二极管。

背景技术

单光子雪崩检测器(single photon avalanche detector，SPAD)基于PN结器件，该PN结器件被偏置超过其击穿区域。高的反向偏置电压生成足够大的电场，从而使得被引入到PN结器件的耗尽层中的单个电荷载流子可引起自持雪崩。此电荷载流子可以通过光子的碰撞(碰撞电离)而被释放。SPAD可以被淬灭，允许该器件复位以便检测另外的光子。

实用新型内容

本公开的实施例旨在提供至少部分解决现有技术中存在的效率较低的技术问题的雪崩二极管和雪崩二极管阵列。

根据一方面，提供了一种雪崩二极管，该雪崩二极管包括：PN结；第一深沟槽结构，该第一深沟槽结构与该PN结相邻；以及光子进行撞击所经由的区域，该PN结相对于该区域基本上纵向地延伸。

该雪崩二极管可以包括：第二深沟槽结构，该第二深沟槽结构在该PN结的与该第一深沟槽结构相反的一侧上。

该深沟槽结构可以包括导电材料和绝缘材料之一。

该导电材料可以包括多晶体硅或钨。

该绝缘材料可以包括氧化硅。

一些实施例可以提供一种雪崩二极管阵列，其中，每个雪崩二极管如先前所讨论的。

该雪崩二极管阵列可以包括：公共阳极，这些雪崩二极管耦合至该公共阳极；以及或门，该阵列的每个雪崩二极管的输出端耦合至该或门。

在该阵列中，该阵列中的该雪崩二极管中的至少一个雪崩二极管的沟槽结构之一可以与该阵列的一个或多个其他雪崩二极管共享。

本公开的实施例所提供的雪崩二极管和雪崩二极管阵列可以提供改进的可伸缩性以及近红外波长的改进量子效率。

附图说明

现将仅通过示例的方式参照附图，在附图中：

图1是具有淬灭和读出电路的SPAD的图示；

图2是已知SPAD的示意性横截面；

图3是根据实施例的SPAD的示意性平面图；

图4a至图4e示意性地示出了在制造图3的SPAD时的步骤；

图5示出了实施例的SPAD的横截面；

图6a示出了具有保护环的SPAD阵列；

图6b示出了不具有保护环的SPAD阵列；

图7a至图7d示意性地示出了根据另一实施例的在制造SPAD时的步骤；

图8a至图8e示意性地示出了根据另一实施例的在制造SPAD时的步骤；

图9示意性地示出了多个SPAD连接至同一正极的实施例；

图10a至图10c示意性地示出了根据一些实施例的对阵列中的单独SPAD或SPAD组的选择。

具体实施方式

单光子雪崩二极管(或者“SPAD”)也被称为盖革模式雪崩光电二极管GAPD。这些器件具有反向偏置PN结，其中，光生载流子可由于碰撞电离机制而触发雪崩电流。SPAD可以被设计成用于以远高于击穿电压的反向偏置电压进行操作。

图1示意性地示出了单光子雪崩二极管(SPAD)101。SPAD 101具有反向偏置PN结102。反向偏置PN结102具有高反向偏置电压(-V_击穿)。由于此反向偏置电压，相对较高的电场被生成，从而使得注入到耗尽层中的单个电荷载流子经由碰撞电离而触发自持雪崩。换言之，在反向偏置PN结器件102上碰撞的光子释放单个电荷，该单个电荷触发释放大量电子从而导致大电流的连锁反应。

为了对器件102进行复位，电流被淬灭。在无淬灭的情况下，PN结器件102可能被永久性地损坏。

已知不同类型的淬灭。例如，可以使用无源或有源淬灭。例如，无源淬灭可以使用与SPAD串联的电阻器。当跨电阻器的相对较高值电阻而产生电压降时，雪崩电流被有效地淬灭。替代性地，可以使用有源淬灭。

图1示出了使用无源淬灭的示例。P型MOSFET(金属氧化物半导体场效应晶体管)100被设置为与PN结器件102串联并且连接在更正的电压V_过与反向偏置PN结器件102之间。淬灭电压V_淬灭被施加到MOSFET 100的栅极。有效地，MOSFET 100充当相对较高电阻的电阻器。