[實用新型]雪崩二極管和雪崩二極管陣列

有效

• 申請號: 201720762318.2
• 申請日: 2017-06-28
• 公開（公告）號: CN206992134U
• 公開（公告）日: 2018-02-09
• 發明（設計）人: L·斯塔克
• 申請（專利權）人: 意法半導體(R&D)有限公司
• 主分類號: H01L31/107
• 分類號: H01L31/107;H01L31/0352;H01L31/18;H01L27/144
• 代理公司: 北京市金杜律師事務所11256
• 代理人: 王茂華

技術領域

本公開涉及一種雪崩二極管。

背景技術

單光子雪崩檢測器(single photon avalanche detector，SPAD)基于PN結器件，該PN結器件被偏置超過其擊穿區域。高的反向偏置電壓生成足夠大的電場，從而使得被引入到PN結器件的耗盡層中的單個電荷載流子可引起自持雪崩。此電荷載流子可以通過光子的碰撞(碰撞電離)而被釋放。SPAD可以被淬滅，允許該器件復位以便檢測另外的光子。

實用新型內容

本公開的實施例旨在提供至少部分解決現有技術中存在的效率較低的技術問題的雪崩二極管和雪崩二極管陣列。

根據一方面，提供了一種雪崩二極管，該雪崩二極管包括：PN結；第一深溝槽結構，該第一深溝槽結構與該PN結相鄰；以及光子進行撞擊所經由的區域，該PN結相對于該區域基本上縱向地延伸。

該雪崩二極管可以包括：第二深溝槽結構，該第二深溝槽結構在該PN結的與該第一深溝槽結構相反的一側上。

該深溝槽結構可以包括導電材料和絕緣材料之一。

該導電材料可以包括多晶體硅或鎢。

該絕緣材料可以包括氧化硅。

一些實施例可以提供一種雪崩二極管陣列，其中，每個雪崩二極管如先前所討論的。

該雪崩二極管陣列可以包括：公共陽極，這些雪崩二極管耦合至該公共陽極；以及或門，該陣列的每個雪崩二極管的輸出端耦合至該或門。

在該陣列中，該陣列中的該雪崩二極管中的至少一個雪崩二極管的溝槽結構之一可以與該陣列的一個或多個其他雪崩二極管共享。

本公開的實施例所提供的雪崩二極管和雪崩二極管陣列可以提供改進的可伸縮性以及近紅外波長的改進量子效率。

附圖說明

現將僅通過示例的方式參照附圖，在附圖中：

圖1是具有淬滅和讀出電路的SPAD的圖示；

圖2是已知SPAD的示意性橫截面；

圖3是根據實施例的SPAD的示意性平面圖；

圖4a至圖4e示意性地示出了在制造圖3的SPAD時的步驟；

圖5示出了實施例的SPAD的橫截面；

圖6a示出了具有保護環的SPAD陣列；

圖6b示出了不具有保護環的SPAD陣列；

圖7a至圖7d示意性地示出了根據另一實施例的在制造SPAD時的步驟；

圖8a至圖8e示意性地示出了根據另一實施例的在制造SPAD時的步驟；

圖9示意性地示出了多個SPAD連接至同一正極的實施例；

圖10a至圖10c示意性地示出了根據一些實施例的對陣列中的單獨SPAD或SPAD組的選擇。

具體實施方式

單光子雪崩二極管(或者“SPAD”)也被稱為蓋革模式雪崩光電二極管GAPD。這些器件具有反向偏置PN結，其中，光生載流子可由于碰撞電離機制而觸發雪崩電流。SPAD可以被設計成用于以遠高于擊穿電壓的反向偏置電壓進行操作。

圖1示意性地示出了單光子雪崩二極管(SPAD)101。SPAD 101具有反向偏置PN結102。反向偏置PN結102具有高反向偏置電壓(-V_擊穿)。由于此反向偏置電壓，相對較高的電場被生成，從而使得注入到耗盡層中的單個電荷載流子經由碰撞電離而觸發自持雪崩。換言之，在反向偏置PN結器件102上碰撞的光子釋放單個電荷，該單個電荷觸發釋放大量電子從而導致大電流的連鎖反應。

為了對器件102進行復位，電流被淬滅。在無淬滅的情況下，PN結器件102可能被永久性地損壞。

已知不同類型的淬滅。例如，可以使用無源或有源淬滅。例如，無源淬滅可以使用與SPAD串聯的電阻器。當跨電阻器的相對較高值電阻而產生電壓降時，雪崩電流被有效地淬滅。替代性地，可以使用有源淬滅。

圖1示出了使用無源淬滅的示例。P型MOSFET(金屬氧化物半導體場效應晶體管)100被設置為與PN結器件102串聯并且連接在更正的電壓V_過與反向偏置PN結器件102之間。淬滅電壓V_淬滅被施加到MOSFET 100的柵極。有效地，MOSFET 100充當相對較高電阻的電阻器。