采用多晶硅场板降低单光子雪崩二极管探测器暗计数

摘要

针对削弱暗计数噪声对单光子雪崩二极管(single-photon avalanche diode,SPAD)探测器的影响,本文研究了采用多晶硅场板降低SPAD器件暗计数率(dark count rate,DCR)的机理和方法.基于0.18-μm标准CMOS工艺,在一种可缩小的P+/P阱/深N阱器件结构的P+有源区和浅沟道隔离区(shallow trench isolation,STI)之间淀积了一层多晶硅场板来减小器件暗计数噪声.测试结果表明,多晶硅场板的淀积使SPAD器件的DCR降低了一个数量级,其在高温下的暗计数性能甚至优于室温下的未淀积多晶硅场板的器件.通过TCAD仿真进一步发现,SPAD器件保护环区域的峰值电场被多晶硅场板引入到STI内部,保护环区域的整体电场降低了25％;最后通过对DCR的建模计算得出,多晶硅场板削弱了具有高缺陷密度的保护环区域的电场,使缺陷相关DCR显著降低,从而有效改善了SPAD的暗计数性能.