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一种高性能40×30单光子雪崩探测器dTOF传感芯片

左海杰 Zuo Haijie、杨振兴 Yang Zhenxing、李昕霞 Li Xinxia、胡之厅 Hu Zhiting、陈正鹏 Chen Zhengpeng、杨中耀 Yang Zhongyao、林宏志 Lin Hongzhi、陈志远 Chen Zhiyuan

2024Acta Optica SinicaPhysics and Astronomy被引 6

摘要

介绍了一种新型高性能背照式（BSI）单光子雪崩二极管（SPAD）阵列传感器的设计和性能特性。该结构采用20 μm像素设计，具有低击穿电压及小温度系数的特点。该传感器采用3D堆叠制造，SPAD晶圆和逻辑晶圆之间通过Cu—Cu混合键合来增大光子接收面积，SPAD晶圆采用55 nm BSI工艺制成，逻辑晶圆采用40 nm逻辑工艺制成。通过在BSI像素结构中引入光子散射结构、底部反射镜和微透镜等进一步提高了光子吸收率。器件的雪崩电压低于20 V，雪崩电压温度系数为18 mV/℃，4 V过偏压下905 nm 光子探测效率（PDE）的典型值为28.8%。实际应用中可以通过调节填充因子和雪崩区电场来调节器件的PDE。该传感器的暗计数率（DCR）为14 Hz/μm2， Afterpulse小于0.5%，Crosstalk小于0.5%，jitter为350 ps，具有良好的探测性能。该传感器为高性能dTOF（direct time of flight）测距芯片提供一种可量产的市场解决方案。该传感器设计不仅可适用于各种移动端的应用，如移动和虚拟现实/增强现实（VR/AR）等对PDE要求不高的场景，而且可以应用于车载自动驾驶、无人机等对PDE要求较高的应用场景。

引用本文（GB/T 7714）

DOI：https://doi.org/10.3788/aos241318