[发明专利]一种近红外响应增强型硅雪崩探测器模块及其制造方法

权利要求书

1.一种近红外响应增强型硅雪崩探测器模块，该模块包括硅雪崩探测器芯片和前置放大电路，所述硅雪崩探测器芯片与所述前置放大电路进行连接，形成电学导通；其特征在于，所述硅雪崩探测器芯片自上向下依次包括正面钝化层(1)、N电极(2)、N⁺有源区(3)、P^-雪崩区(4)、P型衬底层(5)、P⁺光敏区(6)、背面钝化层(7)、增透层(8)以及P电极(9)，在P⁺光敏区(6)内设置有P⁺截止环(10)和N⁺保护环(11)；所述硅雪崩探测器芯片用于将脉冲光信号转换为脉冲电流信号，所述前置放大电路用于将脉冲电流信号进行放大输出。

2.根据权利要求1所述的一种近红外响应增强型硅雪崩探测器模块，其特征在于，P⁺截止环(10)和N⁺保护环(11)设置的位置为P⁺截止环(10)设置在正面P^-雪崩区(4)周围，N⁺保护环(11)设置在N⁺有源区(3)周围，且两个N⁺保护环(11)设置在硅雪崩探测器芯片的内侧，两个P⁺截止环(10)设置在硅雪崩探测器芯片的外侧。

3.根据权利要求1所述的一种近红外响应增强型硅雪崩探测器模块，其特征在于，硅雪崩探测器芯片的响应波长范围未400nm～1100nm。

4.根据权利要求1所述的一种近红外响应增强型硅雪崩探测器模块，其特征在于，硅雪崩探测器芯片的光敏面形状不限于圆形，可以为规则形状和不规则形状结构。

5.根据权利要求1所述的一种近红外响应增强型硅雪崩探测器模块，其特征在于，硅雪崩探测器芯片的光敏面像元不限于单象限，可以为二象限、四象限、八象限以及阵列结构。

6.根据权利要求1所述的一种近红外响应增强型硅雪崩探测器模块，其特征在于，所述前置放大电路包括跨组抗放大结构、电阻取样放大结构以及积分放大结构；跨组抗放大结构的输出端与电阻取样放大结构的输入端连接，电阻取样放大结构的输出端与积分放大结结构的输入端连接，构成了前置放大电路。

7.根据权利要求6所述的一种近红外响应增强型硅雪崩探测器模块，其特征在于，前置放大器中的跨组抗放大结构包括：第一运算放大器、反馈电阻R_f、匹配电容C₁、匹配电阻R₁；所述匹配电容C₁和匹配电阻R₁并联后其输出端连接第一运算放大器的正极，输入端接地；反馈电阻R_f的输入端连接第一运算放大器的负极，输出端连接第一运算放大器的输出端，构成跨组抗放大结构。

8.根据权利要求6所述的一种近红外响应增强型硅雪崩探测器模块，其特征在于，前置放大器中的电阻取样放大结构包括第二运算放大器、第一匹配电阻R₂、第二匹配电阻R₃以及反馈电阻R_f1；所述第一匹配电阻R₂的一端与接地线连接，另一端连接第二运算放大器的正极；所述第二匹配电阻R₃的一端与接地线连接，另一端连接第二运算放大器的负极；所述反馈电阻R_f1的一端连接第二运算放大器的负极，另一端连接第二运算放大器的输出端，构成电阻取样放大结构。

9.根据权利要求6所述的一种近红外响应增强型硅雪崩探测器模块，其特征在于，前置放大器中的积分放大结构包括：第三运算放大器和反馈电容C_f；所述第三运算放大器的正极接地，所述反馈电容C_f的一端连接第三运算放大器负极，另一端连接第三运算放大器的输出端，得到积分放大结构。

10.一种近红外响应增强型硅雪崩探测器模块的制造方法，其特征在于，包括：

S1：在P型高阻单晶硅衬底表面热氧化生长SiO₂钝化膜，形成正面钝化层(1)；

S2：利用光刻工艺和离子注入工艺依次制作P⁺截止环(10)、N⁺保护环(11)、P^-雪崩区(4)、N⁺有源区(3)；

S3：对P型高阻单晶硅衬底背面进行减薄抛光处理；

S4：在P型高阻单晶硅衬底背面热氧化生长SiO₂钝化膜，形成背面钝化层(7)；

S5：利用双面光刻工艺和离子注入工艺在P型高阻单晶硅衬底背面制作P⁺光敏区(6)；

S6：利用LPCVD工艺背面淀积氮化硅增透膜(8)；

S7：利用双面光刻工艺和干法刻蚀工艺分别制作P电极孔和N电极孔；

S8：利用双面光刻工艺或金属溅射工艺制作N电极(2)和P电极(9)；

S9：采用回流焊工艺将厚膜电路焊接在管座上；

S10：采用烧结压焊工艺完成前置放大电路制作；

S11：采用储能焊工艺将管帽和管座封焊在一起，形成模块。