基于SMIC 0.13μm CIS工艺的单光子TOF传感器像素设计

作者：谢刚; 徐渊; 张子龙; 廉德亮; 刘诗琪; 王成瑾

来源：半导体光电, 2018, 39(01): 42-46.

DOI：10.16818/j.issn1001-5868.2018.01.009

• 飞行时间传感器
• SILVACO TCAD
• 器件面积
• 雪崩击穿电压
• 单光子雪崩二极管
• 主动式淬灭电路

设计了一种基于SMIC 0.13μm CIS工艺的单光子飞行时间(TOF)传感器像素结构。针对传统单光子雪崩二极管(SPAD)结构的不足,采用p阱和STI共同作为保护环,避免器件提前发生边缘击穿从而减小器件面积,增加深n阱使有源区耗尽层变窄,从而降低雪崩击穿电压,增加硅外延层将器件的光谱响应峰值转移到所需要的光波长,以此提高器件对指定波长光的吸收能力。通过浮动SPAD阳极电压的方式,采用低压CMOS晶体管实现主动式淬灭电路从而快速地控制雪崩电流淬灭,以达到缩短死区时间的目的。通过SILVACO TCAD和Cadence IC设计套件对工艺、像素器件结构以及相关电路进行仿真,验证了该设计的可行性。

• 单位
  深圳技术大学; 深圳大学信息工程学院