硅基高灵敏度近红外单光子dTOF探测器

摘要：

基于0.18 μm BCD工艺实现了一种高灵敏度、低暗计数噪声的近红外单光子直接飞行时间(dTOF)探测器.集成的单光子雪崩二极管(SPAD)探测器件采用新型的高压p阱/n+埋层作为深结雪崩倍增区的结构,显著提高了对近红外光子的探测概率;采用低掺杂的外延层作为虚拟保护环,有效减小了器件暗计数噪声.dTOF探测器读出电路采用三步式混合结构的时间数字转换器(TDC),获得了高时间分辨率和大动态范围.测试结果表明,SPAD器件在5 V过偏压下的光子探测概率(PDP)峰值达到45%,在905 nm近红外波长处的PDP大于7.6%,暗计数率(DCR)小于200 Hz.读出电路实现了130 ps的高时间分辨率和258 ns的动态范围,差分非线性度(DNL)和积分非线性度(INL)均小于±1 LSB(1 LSB=130 ps).该dTOF探测器具有人眼安全阈值高、灵敏度高、噪声低和线性度好的优点,可应用于低成本、高精度的激光雷达测距系统.

关键词：探测器、直接飞行时间、单光子雪崩二极管、光子探测概率、暗计数率、时间数字转换器

所属期刊栏目：43

分类号：TN491(微电子学、集成电路（IC）)

资助基金：国家自然科学基金;江苏省农业科技自主创新资金项目;核探测与核电子学国家重点实验室资助项目;江苏省研究生创新计划项目

在线出版日期：2023-11-16（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共10页

页码：20-29