BCD工艺下光电集成的单光子雪崩光电二极管及前端电路的研制

史晓凤，庞 雪，朱丽君，张新宇，张 媛，韩 波，李佩君，郭 博，程 翔*

（1.阜阳师范大学计算机与信息工程院，安徽阜阳236037；2.厦门大学航空航天学院，福建厦门361102）

1 引 言

随着工业仪器的智能化及人脸识别等技术的兴起，二维图像由于缺失深度信息存在无法甄别合成图像手段的风险。三维（Three-Dimensional，3D）信息能更加客观全面的重构实物，获得许多人眼所不能直接获取的量化参数，有效弥补二维图像的缺点，因此成为视觉传感的研究热点。主流的3D传感技术有双目视觉、结构光技术和时间飞行法（Time Of Flight，TOF）技术［1］。TOF技术通过计算传感器收发红外光的时间差来测量距离，具有响应速度快、深度精确度高（可达微米级）、功耗低，不需要复杂软件支撑等特点，因此得到了广泛的应用。TOF主要由盖革模式-单光子雪崩光电二极管（Gage Mode-Single Photon Avalanche Photodiode，GM-SAPD）探测阵列、淬灭复位电路以及时间数字转换器组成［2-3］。其中，淬灭复位电路用来控制雪崩脉冲，以方便光子计数。TOF对探测器阵列性能和相关电路的精确度的要求较高。随着CMOS工艺的不断进步，硅基SPAD器件的性能逐渐提高，高性能SPAD器件可以显著提高TOF系统的性能指标，因此其设计具有重要意义［4-6］。

GM-SPAD是基于雪崩效应的单光子探测器，主要用于探测微弱光信号。为了实现器件的高度集成化，探测单元面积应尽可能的小，并且结合淬灭电路可实现大规模阵列集成，用于量子通信、生物医学检测、荧光测温等领域。经过几十年的研究，GM-SPAD经历了从台式到平面的演变［7］。近年来，很多基于标……