一种近红外宽光谱CMOS单光子雪崩二极管探测器

赵庭晨¹，朱思慧¹，袁丰^1,2，徐跃^1,2

1. 南京邮电大学电子与光学工程学院&微电子学院2. 射频集成与微组装技术国家地方联合工程实验室

摘 要：本文提出了一种新型近红外宽光谱的CMOS单光子雪崩二极管探测器（SPAD）结构,采用深N阱与P-外延层作为主雪崩区,增强了近红外短波光子探测效率;同时在深N阱内形成两个对称的环状次雪崩区,提高了光谱的响应范围。在0.18μm CMOS工艺下对该新型SPAD结构与传统P+/Nwell结构进行了仿真比较,TCAD仿真结果表明在850nm的近红外短波波段,新型SPAD器件的光子探测效率（PDE）达到19.9%,约为P+/Nwell结构的5倍,且在300nm-1000nm宽光谱范围内器件都能得到较高的响应。此外,由于雪崩区场强低,该新型SPAD器件受带-带隧穿效应（BTBT）影响小,暗计数率（DCR）随过偏压变化小,并且在温度低于20℃时DCR都远小于P+/Nwell结构。

关键词：单光子雪崩二极管(SPAD);光子探测效率(PDE);带-带隧穿效应（BTBT）;暗计数率(DCR);