[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

说明书

本发明属于光电探测领域，具体涉及一种近红外响应增强型硅雪崩探测器模块及其制造方法，该模块包括硅雪崩探测器芯片和前置放大电路，硅雪崩探测器芯片与前置放大电路连接；所述硅雪崩探测器芯片自上向下依次包括正面钝化层、N电极、N⁺有源区、P^‑雪崩区、P型衬底层、P⁺光敏区、背面钝化层、增透层以及P电极，在P⁺光敏区内设置有P⁺截止环和N⁺保护环；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；本发明创造性地提出了在探测器芯片背面集成微结构以提高近红外响应度，优化高能注入工艺以降低芯片的偏压温度系数，同时突破性地提出了双保护环结构以提高芯片的可靠性。

技术领域

本发明属于光电探测领域，具体涉及一种近红外响应增强型硅雪崩探测器模块及其制造方法。

背景技术

硅雪崩光电探测器模块主要由硅雪崩探测器芯片和前置放大电路组成，工作原理为：硅雪崩探测器芯片将脉冲光信号转换为脉冲电流信号，经前置放大电路转换为电压信号并放大输出，满足后续电路的处理，广泛应用于军用或民用激光测距、激光对抗系统以及激光雷达等领域。硅雪崩光电探测器模块作为激光测距的核心传感器件，测距系统测距能力与硅雪崩光电探测器模块的响应度息息相关，模块响应度由雪崩探测器芯片的光电转换能力决定，因此如何提高硅材料在近红外响应波段的响应度对激光测距系统的测距能力起关键作用。

硅材料响应波段为400～1100nm，用户应用的典型近红外响应波段1064nm已接近处于硅材料响应波段上截止波长，硅材料在该波段吸收效率偏低，光电转换响应度不足0.1A/W(由于雪崩探测器自带增益，响应度为10A/W)。而国外对应器件响应度典型值为0.36A/W，差距较大。

发明内容

为解决以上现有技术存在的问题，本发明提出了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连接，形成电学导通；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。

优选的，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。

优选的，硅雪崩探测器芯片的响应波长范围未400nm～1100nm。

优选的，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。

优选的，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。

优选的，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。