[發明專利]雪崩光電二極管陣列探測器

在審

• 申請號: 201910072343.1
• 申請日: 2019-01-25
• 公開（公告）號: CN109727970A
• 公開（公告）日: 2019-05-07
• 發明（設計）人: 韓德俊;劉健
• 申請（專利權）人: 北京師范大學
• 主分類號: H01L25/18
• 分類號: H01L25/18;H01L27/144
• 代理公司: 北京金咨知識產權代理有限公司 11612
• 代理人: 宋教花

1.一種雪崩光電二極管陣列探測器，其特征在于，包括：

傳感器芯片，其包括至少一個雪崩光電二極管和與所述至少一個雪崩光電二極管串聯的至少一個淬滅電阻，所述至少一個雪崩光電二極管形成在硅基底上；

信號讀出芯片，其包括至少一個信號數字讀出電路；

其中，所述傳感器芯片和所述信號讀出芯片通過倒裝方式集成在一起，以使得所述傳感器芯片的雪崩光電二極管和對應的淬滅電阻與所述信號讀出芯片的信號數字讀出電路電氣連接，以通過信號數字讀出電路讀出從淬滅電阻取樣的電信號。

2.如權利要求1所述的雪崩光電二極管陣列探測器，其特征在于：

雪崩光電二極管和對應的淬滅電阻通過第一電極相連接；

所述信號數字讀出電路包括引出電極；

所述第一電極和所述引出電極電氣連接。

3.如權利要求1所述的雪崩光電二極管陣列探測器，其特征在于：

所述倒裝方式包括倒裝焊和/或直接鍵合方式。

所述至少一個雪崩光電二極管和所述至少一個淬滅電阻形成在硅基底上，所述硅基底為重摻雜襯底硅外延片或絕緣體上的硅SOI。

4.如權利要求3所述的雪崩光電二極管陣列探測器，其特征在于，每個雪崩光電二極管包括用于鄰接形成PN結的屬于第一導電類型的第一半導體區和屬于第二導電類型的第二半導體區，所述第一半導體區與相應的淬滅電阻電連接，所述第二半導體區的遠離所述PN結的一側用于接收光信號；所述雪崩光電二極管陣列探測器工作時所述PN結耗盡所述硅基底。

5.如權利要求4所述的雪崩光電二極管陣列探測器，其特征在于，

所述雪崩光電二極管、所述淬滅電阻及所述信號數字讀出電路一一對應；

傳感器芯片還包括第一電極和第二電極，所述第一半導體區經由所述第一電極與相應的淬滅電阻的第一電氣節點電連接；所有淬滅電阻的第二電氣節點通過金屬互聯線連接至作為電壓偏置電極的第二電極；

所述信號讀出芯片還包括：與所述第一電極一一對應且相耦合的第三電極，以及與所述第二電極一一對應且相耦合的第四電極；其中，所述信號數字讀出電路的一端與相應的第三電極電連接，所有信號數字讀出電路的另一端與所述第四電極連接；所述第二電極與所述第四電極之間以及所述第三電極與所述第一電極之間通過倒裝焊連接或直接鍵合連接。

6.如權利要求3所述的雪崩光電二極管陣列探測器，其特征在于，所述傳感器芯片包括多個雪崩光電二極管子陣列組成的雪崩光電二極管陣列，每個雪崩光電二極管子陣列包括至少一個雪崩光電二極管，每個雪崩光電二極管串聯一個淬滅電阻，所述多個雪崩光電二極管子陣列及其淬滅電阻形成在多個硅基底上，使得每個硅基底上具有至少一個雪崩光電二極管子陣列及其淬滅電阻。

7.如權利要求1所述的雪崩光電二極管陣列探測器，其特征在于，所述淬滅電阻的制作材質包括硅、鍺、金屬、金屬鍺化物或金屬硅化物材料。

8.如權利要求1所述的雪崩光電二極管陣列探測器，其特征在于，所述信號讀出芯片還包括：至少一個時間數字轉換器和至少一個計數器陣列，用于獲取所述雪崩光電二極管所接收的光信號的到達時刻、強度及位置信息；

其中，所述至少一個時間數字轉換器與所述至少一個信號數字讀出電路一一對應連接；所述至少一個計數器陣列與所述至少一個信號數字讀出電路一一對應連接。

9.如權利要求1所述的雪崩光電二極管陣列探測器，其特征在于，

所述傳感器芯片為數字成像傳感器芯片，雪崩光電二極管的電信號被設計為獨立輸出電信號；或者

所述傳感器芯片為數字硅光電倍增器芯片，來自所有雪崩光電二極管的電信號被設計為合并輸出。

10.如權利要求1所述的雪崩光電二極管陣列探測器，其特征在于，

所述傳感器芯片包括1-100000個雪崩光電二極管，各雪崩光電二極管的淬滅電阻的阻值為50千歐姆至10兆歐姆；

所述硅基底的活性區的厚度為1-50微米。

11.如權利要求1所述的雪崩光電二極管陣列探測器，其特征在于，所述信號讀出芯片是專用集成電路ASIC芯片或現場可編程邏輯門陣列FPGA芯片。