基于双电荷层结构的CMOS单光子雪崩二极管

作者：许明珠; 张钰^*; 夏翠雲; 逯鑫淼; 徐江涛

来源：光子学报, 2019, 48(07): 41-47.

• 光电探测器
• 单光子雪崩二极管
• 180nm标准CMOS工艺
• 双电荷层
• 击穿电压
• 光谱响应
• 光子探测效率

基于180nm标准CMOS工艺,设计了一种能够有效提高光子探测效率的双电荷层结构的单光子雪崩二极管.该器件结构采用P电荷层和逆行掺杂的深N阱形成PN结,选取不同的P电荷层掺杂浓度,对击穿电压进行优化,当P电荷层浓度为1×1018cm-3时,击穿电压为17.8V,电场强度为5.26×105 V/cm.进一步研究发现N电荷层的位置会影响漂移电流密度和扩散电流密度.当在深N阱与N隔离层交界处掺杂形成N电荷层,即N电荷层掺杂峰值距离器件表面为2.5μm时,器件性能最优.通过Silvaco TCAD仿真分析得到:在过偏压1V下,波长500nm处的探测效率峰值为62%,同时在300～700nm范围内的光子探测效率均大于30%.

• 单位
  杭州电子科技大学; 天津大学