雪崩型光电二极管阵列器件的设计与分析

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1、硕士=论文雪崩型光电二极管阵列器件的设计与分析摘要在低光照情况下，固体图像传感器的晶体管存在着噪声，’为了克服这个问题，可以利用雪崩效应产生大量电子一空穴对来提高固体图像传感器的探测率。雪崩光电二极管(AvalanchePhoton-diode，简称APD)是一种利用雪崩增益获得较高探测效率的光电器件，在弱光场探测、光子计数等相关领域有着相当广泛的应用。瑞士联邦技术学院电子学实验室采用1．2pm标准BiCMOS工艺研制成功了雪崩光电二极管图像传感器(APDIS)。本文主要研究这种基于BiCMOS技术的APD图像传感器。简单介绍CCD和CMOS图像传感器的研究现状

2、和发展水平，目前，固体图像传感器的噪声问题是制约其实现微光探测的主要因素；研究了APD的主要特性和工作模式，对APDPN结的击穿特性做了分析与研究，分析了PN结雪崩击穿的条件和影响雪崩击穿电压的因素：建立了一般光电二极管和雪崩光电二极管的噪声模型，分析了它们的噪声特性，雪崩增益大大提高了APD的信噪比和探测率。本文利用数值计算原理分析半导体器件内部静电势和载流子浓度分布。利用有限差分法在一定的边界条件下求解半导体器件基本方程一泊松方程和载流r连续方程，编写了该算法的c语言程序，在稳态条件下，获得了PN结一维静电势和载流子浓度分布以及二维静电势分布，为三维及更复杂

3、结构的器件模拟奠定了基础。关键词：雪崩光电二极管，图像传感器，微光探测，CMOS，BiCMOS，噪声，数值分析硕士论文雪崩型光电二极管阵列器件的设计与分析ABSTRACTUnmodifiedCMOSprocesseshavebeensuccessfullyemployedtoproduceexcellentimage辨nso培．rivalingtheperformanceofthebestCCDs．However,significantimprovementsinsensitivityhavenotbeenachieved．Toovercomethetransi

4、stor-inducednoiselimitationsofsolidstateimageSlffngorsatlowlightlevels，theavalanchemul吐plicationCanbeemployedtoimprovethesensitivityofCMOSimagesensors．APDshavefoundapplicationsinsinglephotoncountingandlowlightleveldetection．APDstructuresinastandard1．2pmBiCMOSprocesshavebeenrealizedby

5、AliceBiberandPeterSeitzinSwissFederalInstituteofTeclmology,Switzerland．ThispaperstudiestheavalanchephotodiodesimagesensorinstandardsiliconBiCMOStechnology．CCDandCMOSimagesensorsaredescribed．ThedifferencebetweenCCDandCMOSimagesensorsarecomparedandnoiseist11emaindrawbacksinlowlightleve

6、lofthesolidimagesensor．ThecharacterizationandworkingmodeofAIDsareitudied，especiallythecharacterizationoftheGM—APDsandtheavalanchebreakdownofthePNjunction．NoisecharacterizationofAPDsisstudied．Thenoisemodelsofphoton-diodeandavalanchephoton—diodearerealizedandthedetectionofAPDisstudied．

7、Theinternaldistributionofvoltageandcarriersareanalyzedbynumericalanalysis，andthedistributioncurvesaregotbyCcomputerprograminsteadyconditions，whichisafoundationoffurtherresearchandanalysisofthemolecomplexdevice．KeyWords：AvalanchePhoton—diode，ImageSensor，CMOS，BiCMOS，Noise，NumericalAnal

8、ysis，Low-lig