一种单光子雪崩二极管的分析与设计

发布时间：2024-02-21 23:22

　　伴随着科技的发展,三维图像技术应用越来越广,除了为计算机、机器人或其他智能机器赋予了人类视觉功能,也在计算机、机器人、虚拟现实的游戏机和视频、汽车自动驾驶系统、生物医学、图像分析、监控、工业检测、天体物理学等领域也得到了广泛的应用。但是目前的研究也面临着很多的困境,当要获得图像时,必须在短时间内获得大量的图像采集信息,弱光环境下光子严重匮乏,短时间的采集时间(从微秒到毫秒)无法满足需求。目前常用的电荷耦合器件(CCD)无法在弱光环境下提供高帧速率的瞬态响应,而采用雪崩光电二极管的像素阵列可以满足单光子探测,在弱光环境下实现快速响应和大的电流输出。本文对单光子雪崩二极管进行了理论分析和结构设计,采用0.18μm互补金属氧化物半导体(CMOS)工艺使雪崩光电二极管可以和后续电路集成形成单芯片探测器,根据已有的理论知识和已有的研究结果,对一种p阱/深n阱结的雪崩光电探测器件进行改进,在深n阱的保护环周围添加浅沟槽隔离(STI)层并且改变STI层的尺寸,探究STI对器件的影响,并对其进行了仿真、流片和测试,结果表明设计的雪崩光电二极管具备防止边缘击穿、高光电流及暗电流低等特点。本学位论文具体工...

【文章页数】：70 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
abstract
第1章 绪论
    1.1 研究背景及意义
    1.2 国内外研究现状
    1.3 研究内容、创新点与组织结构
第2章 基本理论基础
    2.1 光电二极管的理论基础
    2.2 雪崩光电二极管工作原理
    2.3 性能参数
        2.3.1 光电流
        2.3.2 暗电流
        2.3.3 暗计数
        2.3.4 光子探测效率
        2.3.5 光谱响应
    2.4 基于光电二极管结构的SPAD
    2.5 本章小结
第3章 SPAD器件的设计与仿真
    3.1 理论依据
        3.1.1 SPAD形状的分析
        3.1.2 浅沟槽隔离技术
    3.2 SPAD仿真软件
    3.3 器件仿真
        3.3.1 基本p-well/deep n-well器件仿真
        3.3.2 STI层 p-well/deep n-well器件仿真
    3.4 器件结构的设计
    3.5 器件仿真
        3.5.1 Ⅰ-Ⅴ特性仿真
        3.5.2 电流密度仿真
        3.5.3 光谱响应仿真
    3.6 小结
第4章 SPAD的流片与测试分析
    4.1 流片
    4.2 芯片测试
        4.2.1 测试电路
        4.2.2 Ⅰ-Ⅴ特性测试
        4.2.3 不同光照强度的测试
        4.2.4 暗计数测试
        4.2.5 光子探测概率测试
    4.3 小结
第5章 总结与展望
    5.1 工作总结
    5.2 工作展望
参考文献
致谢
附录 仿真程序(部分)
个人简历
在校期间发表的学术论文及研究成果



本文编号：3906043