SPAD探测器深n阱保护环宽度对暗计数噪声的影响

摘要：

为了探究单光子雪崩二极管(SPAD)器件的保护环宽度(WGR)对暗计数噪声的影响,基于标准180 nm CMOS工艺,设计了以低浓度掺杂深n阱(DNW)为保护环的p阱(PW)/DNW结构,通过实验和TCAD仿真研究了WGR对暗计数噪声的影响.实验结果表明,当WGR从1 μm增加到21μm时,室温下SPAD器件的暗计数率(DCR)从79 kHz显著减小到17 kHz;当WGR从2 μm增加到3 μm时,DCR不再发生明显变化.TCAD仿真揭示了当WGR从2 μm减小到1μm时,保护环区域的电场强度增长较大,导致缺陷辅助隧穿(TAT)效应引起的暗计数显著增加.当WGR增加到2 μm以上时,保护环区域的电场强度不再降低,继续增大WGR对降低DCR不再有效,反而会导致SPAD器件填充因子减小.因此DNW WGR为2 μm的SPAD器件在具有低暗计数率的同时又有较小的尺寸,有利于高密度阵列的集成.

关键词：单光子雪崩二极管(SPAD)、暗计数率(DCR)、保护环、缺陷辅助隧穿(TAT)、激活能

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分类号：TN364.2(半导体技术)

资助基金：国家自然科学基金;国家自然科学基金;江苏省重点研发-社会发展资助项目;江苏省农业科技自主创新资金项目;江苏省研究生创新计划资助项目

在线出版日期：2023-03-02（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共6页

页码：979-984