本發(fā)明屬于電學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種單光子雪崩二極管像素結(jié)構(gòu)及像素陣列結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)：

單光子雪崩二極管(SPAD)是偏置在高于臨界雪崩電壓的二極管，可做為3D圖像傳感器的像素單元?；赟PAD的3D圖像傳感器可以快速獲取對象的3D信息，實現(xiàn)3D重建。暗計數(shù)率(DCR)是評價SPAD性能的重要指標(biāo)，特別是其中的后脈沖和相鄰像素串?dāng)_很大程度上會影響SPAD陣列的工作性能。

Cristiano Niclass在2008年的JOURNAL OF SOLID-STATE CIRCUITS期刊上發(fā)表了一款基于SPAD像素結(jié)構(gòu)3D CMOS圖像傳感器，其SPAD的像素結(jié)構(gòu)如圖1所示。在圖1中，晶體管M1由行選控制信號ROWSEL控制，晶體管M1導(dǎo)通情況下可以將SAPD的雪崩電流通過晶體管M2和晶體管M7的作用在列讀出線上被讀出。QCH信號控制的晶體管M6與作為電容的晶體管M5一起實現(xiàn)像素的淬火功能，RCH信號控制的晶體管M3可實現(xiàn)SPAD的重新充電功能，為下一次曝光做準(zhǔn)備。

此像素結(jié)構(gòu)簡單，使用的晶體管較少，能實現(xiàn)被動淬火和主動充電的功能。然而，在整個SPAD像素陣列上，每一個SPAD陰極所加電壓都在臨界雪崩電壓之上，對于行選控制信號ROWSEL沒有作用到的像素，晶體管M1未導(dǎo)通，SPAD陽極懸空，此條件下的SPAD依然會受激發(fā)生雪崩效應(yīng)，從生成雪崩電流。由于雪崩效應(yīng)生成的大量電子-空穴對會串?dāng)_到相鄰像素中，影響到相鄰SPAD的正常工作。后脈沖效應(yīng)也會使SPAD不能測出正確的光子信號。另外，由于ROWSEL信號是行選，實現(xiàn)整行曝光，在測量暗計數(shù)率時，很難評估單像素的暗計數(shù)率，以及單個像素發(fā)生雪崩后對相鄰像素的影響。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

鑒于以上所述現(xiàn)有技術(shù)的缺點，本發(fā)明的目的在于提供一種單光子雪崩二極管像素結(jié)構(gòu)及像素陣列結(jié)構(gòu)，用于解決現(xiàn)有技術(shù)中的單光子雪崩二極管陣列中每個單光子雪崩二極管陰極的電壓均在臨界雪崩電壓值上，對于行選控制信號沒有作用到的像素結(jié)構(gòu)依然會受激發(fā)生雪崩效應(yīng)，進而影響相鄰單光子雪崩二極管的正常工作，使得單光子雪崩二極管不能測出正確的光子信號的問題，以及由于在行選控制信號的控制下實現(xiàn)整行曝光，在測量暗計數(shù)率時，很難評估單個像素結(jié)構(gòu)的暗計數(shù)率以及單個像素結(jié)構(gòu)發(fā)生雪崩后對相鄰像素結(jié)構(gòu)的影響的問題。

為實現(xiàn)上述目的及其他相關(guān)目的，本發(fā)明提供一種單光子雪崩二極管像素結(jié)構(gòu)，所述單光子雪崩二極管像素結(jié)構(gòu)包括：

單光子雪崩二極管，包括陽極及陰極；所述單光子雪崩二極管的陰極與一偏置電壓源相連接，所述偏置電壓源的偏置電壓為VB+VE，其中，VB為所述單光子雪崩二極管的臨界雪崩電壓，VE小于供電電源的電源電壓；

第一上拉管，與供電電源、復(fù)位信號及所述單光子雪崩二極管的陽極相連接，適于在所述復(fù)位信號為低電平時導(dǎo)通，使得所述單光子雪崩二極管陽極與陰極的偏置電壓低于臨界雪崩電壓，從而不發(fā)生雪崩效應(yīng)，以將所述單光子雪崩二極管復(fù)位；

下拉管單元，與所述第一上拉管及所述單光子雪崩二極管的陽極相連接，適于在導(dǎo)通時將所述單光子雪崩二極管的陽極下拉到與GND一致的電位，使得所述單光子雪崩二極管陽極與陰極的偏置電壓高于臨界雪崩電壓，從而發(fā)生雪崩效應(yīng)；

淬火單元，與所述供電電源、所述下拉管單元及所述單光子雪崩二極管的陽極相連接，適于在所述單光子雪崩二極管發(fā)生雪崩效應(yīng)后對所述單光子雪崩二極管進行淬火，使得所述單光子雪崩二極管陽極的電壓偏置在所述供電電源的電源電壓上；

輸出單元，與所述淬火單元相連接，適于讀取并輸出所述單光子雪崩二極管發(fā)生雪崩效應(yīng)所產(chǎn)生的脈沖信號。

作為本發(fā)明的單光子雪崩二極管像素結(jié)構(gòu)的一種優(yōu)選方案，所述第一上拉管為PMOS管，所述第一上拉管的源極與所述供電電源相連接，所述第一上拉管的柵極與所述復(fù)位信號相連接，所述第一上拉管的漏極與所述單光子雪崩二極管的陽極相連接。

作為本發(fā)明的單光子雪崩二極管像素結(jié)構(gòu)的一種優(yōu)選方案，所述下拉管單元包括第一下拉管組及第二下拉管組；

所述第一下拉管組包括第一下拉管及第二下拉管，所述第一下拉管及所述第二下拉管均為NMOS管；所述第一下拉管的漏極與所述單光子雪崩二極管的陽極相連接，所述第一下拉管的源極與所述第二下拉管的漏極相連接，所述第二下拉管的源極接地；

所述第二下拉管組包括第三下拉管及第四下拉管，所述第三下拉管及所述第四下拉管均為NMOS管；所述第三下拉管的漏極與所述單光子雪崩二極管的陽極相連接，所述第三下拉管的源極與所述第四下拉管的漏極相連接，所述第四下拉管的源極接地。

作為本發(fā)明的單光子雪崩二極管像素結(jié)構(gòu)的一種優(yōu)選方案，所述第一下拉管的柵極及所述第三下拉管的柵極均與行選控制信號相連接；所述第二下拉管的柵極與列選控制信號相連接；所述第四下拉管的柵極與單選控制信號相連接，所述單選控制信號為高電平時，所述第四下拉管導(dǎo)通，配合所述行選控制信號實現(xiàn)行曝光模式，若所述單選控制信號為低電平時，只有在所述行選控制信號與所述列選控制信號共同作用下選擇的像素結(jié)構(gòu)可以發(fā)生雪崩效應(yīng)，從而實現(xiàn)單像素曝光模式。

作為本發(fā)明的單光子雪崩二極管像素結(jié)構(gòu)的一種優(yōu)選方案，所述淬火單元包括：有源電阻晶體管、開關(guān)晶體管、反相器及淬火晶體管；

所述有源電阻晶體管與下拉管單元及所述單光子雪崩二極管的陽極相連接；所述開關(guān)晶體管與所述有源電阻晶體管相連接；所述反相器的輸入端與所述單光子雪崩二極管的陽極及所述有源電阻晶體管相連接，所述反相器的輸出端與所述開關(guān)晶體管相連接；所述淬火晶體管與所述供電電源、所述單光子雪崩二極管的陽極、所述有源電阻晶體管及所述反相器的輸出端相連接；當(dāng)所述下拉管單元導(dǎo)通時，所述開關(guān)晶體管導(dǎo)通，所述開關(guān)晶體管、所述有源電阻晶體管及所述反相器共同作用將所述單光子雪崩二極管陽極的電壓保持在GND電壓值；當(dāng)所述單光子雪崩二極管發(fā)生雪崩效應(yīng)時，雪崩電流作用于所述有源電阻晶體管產(chǎn)生電壓降，所述反相器與所述淬火晶體管共同作用對所述單光子雪崩二極管進行淬火。

作為本發(fā)明的單光子雪崩二極管像素結(jié)構(gòu)的一種優(yōu)選方案，所述有源電阻晶體管為NMOS管，所述有源電阻晶體管的漏極與所述單光子雪崩二極管的陽極及所述下拉管單元相連接，所述有源電阻晶體管的柵極與所述單光子雪崩二極管的陽極及所述反相器的輸入端相連接，所述有源電阻晶體管的源極與所述開關(guān)晶體管相連接。

作為本發(fā)明的單光子雪崩二極管像素結(jié)構(gòu)的一種優(yōu)選方案，所述開關(guān)晶體管為NMOS管，所述開關(guān)晶體管的漏極與所述有源電阻晶體管相連接，所述開關(guān)晶體管的源極接地，所述開關(guān)晶體管的柵極與所述反相器的輸出端、所述淬火晶體管及所述輸出單元相連接。

作為本發(fā)明的單光子雪崩二極管像素結(jié)構(gòu)的一種優(yōu)選方案，所述淬火晶體管為PMOS管，所述淬火晶體管的源極與所述供電電源相連接，所述淬火晶體管的柵極與所述反相器的輸出端、所述開關(guān)晶體管及所述輸出單元相連接，所述淬火晶體管的漏極與所述單光子雪崩二極管的陽極相連接。

作為本發(fā)明的單光子雪崩二極管像素結(jié)構(gòu)的一種優(yōu)選方案，所述輸出單元包括第二上拉管、第五下拉管及輸出開關(guān)管；

所述第二上拉管為PMOS管，所述第二上拉管的源極與所述供電電源相連接，所述第二上拉管的柵極與所述淬火晶體管的柵極、所述反相器的輸出端及所述開關(guān)晶體管的柵極相連接；

所述第五下拉管為NMOS管，所述第五下拉管的源極接地，所述第五下拉管的柵極與所述淬火晶體管的柵極、所述反相器的輸出端、所述開關(guān)晶體管的柵極及所述第二上拉管的柵極相連接；

所述輸出開關(guān)管為PMOS管，所述輸出開關(guān)管的源極與所述第二上拉管的漏極相連接，所述輸出開關(guān)管的漏極與所述第五下拉管的漏極相連接作為所述輸出單元的輸出端，所述輸出開關(guān)管的柵極與行共享信號相連接，適于在曝光前后一段預(yù)定時間內(nèi)保持導(dǎo)通，以配合所述第二上拉管及所述第五下拉管讀取所述單光子雪崩二極管發(fā)生雪崩效應(yīng)所產(chǎn)生的脈沖信號。

本發(fā)明還提供一種像素陣列結(jié)構(gòu)，所述像素陣列結(jié)構(gòu)包括：多個如上述任一方案中所述的單光子雪崩二極管像素結(jié)構(gòu)，所述單光子雪崩二極管像素結(jié)構(gòu)呈陣列分布；所述單光子雪崩二極管像素結(jié)構(gòu)均與行選控制信號、列選控制信號、行共享信號、復(fù)位信號及單選控制信號相連接。

如上所述，本發(fā)明的單光子雪崩二極管像素結(jié)構(gòu)及像素陣列結(jié)構(gòu)，具有以下有益效果：本發(fā)明的單光子雪崩二極管像素結(jié)構(gòu)可以在未被選中曝光和讀出時將單光子雪崩二極管陽極與陰極的電壓偏置在臨界雪崩電壓之下而不會發(fā)生雪崩效應(yīng)；本發(fā)明的像素陣列結(jié)構(gòu)可以實現(xiàn)單像素結(jié)構(gòu)的曝光，便于研究單像素結(jié)構(gòu)對相鄰像素結(jié)構(gòu)的串?dāng)_影響。

附圖說明

圖1顯示為現(xiàn)有技術(shù)中的單光子雪崩二極管像素結(jié)構(gòu)的電路示意圖。

圖2顯示為本發(fā)明實施例一中提供的單光子雪崩二極管像素結(jié)構(gòu)的電路示意圖。

圖3顯示為本發(fā)明實施例一中提供的單光子雪崩二極管像素結(jié)構(gòu)的像素時序圖。

圖4顯示為本發(fā)明實施例二中提供的像素陣列結(jié)構(gòu)的電路示意圖。

圖5顯示為本發(fā)明實施例二中提供的像素陣列結(jié)構(gòu)逐行曝光及單像素結(jié)構(gòu)曝光的像素時序圖；其中(a)為逐行曝光的像素時序圖，(b)為單像素結(jié)構(gòu)曝光的像素時序圖。

元件標(biāo)號說明

1 單光子雪崩二極管像素結(jié)構(gòu)

11 單光子雪崩二極管

12 下拉管單元

13 淬火單元

14 輸出單元

具體實施方式

以下通過特定的具體實例說明本發(fā)明的實施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可由本說明書所揭露的內(nèi)容輕易地了解本發(fā)明的其他優(yōu)點與功效。本發(fā)明還可以通過另外不同的具體實施方式加以實施或應(yīng)用，本說明書中的各項細(xì)節(jié)也可以基于不同觀點與應(yīng)用，在沒有背離本發(fā)明的精神下進行各種修飾或改變。

請參閱圖2至圖5。需要說明的是，本實施例中所提供的圖示僅以示意方式說明本發(fā)明的基本構(gòu)想，雖圖示中僅顯示與本發(fā)明中有關(guān)的組件而非按照實際實施時的組件數(shù)目、形狀及尺寸繪制，其實際實施時各組件的型態(tài)、數(shù)量及比例可為一種隨意的改變，且其組件布局型態(tài)也可能更為復(fù)雜。

實施例一

請參閱圖2，本發(fā)明提供一種單光子雪崩二極管像素結(jié)構(gòu)1，所述單光子雪崩二極管像素結(jié)構(gòu)1包括：單光子雪崩二極管11，所述單光子雪崩二極管11包括陽極及陰極，圖2中以A表示所述單光子雪崩二極管11的陽極，以K表示所述單光子雪崩二極管11的陰極；所述單光子雪崩二極管11的陰極與一偏置電壓源(未示出)相連接，所述偏置電壓源的偏置電壓為VB+VE，其中，VB為所述單光子雪崩二極管11的臨界雪崩電壓，VE小于供電電源的電源電壓VDD；第一上拉管T1，所述第一上拉管T1與供電電源(所述供電電源未示出，圖2中以供電電源的電源電壓VDD作為示意)、復(fù)位信號Rest及所述單光子雪崩二極管11的陽極相連接，適于在所述復(fù)位信號Rest為低電平時導(dǎo)通，使得所述單光子雪崩二極管11陽極與陰極的偏置電壓低于臨界雪崩電壓，從而不發(fā)生雪崩效應(yīng)，以將所述單光子雪崩二極管11復(fù)位；下拉管單元12，所述下拉管單元12與所述第一上拉管T1及所述單光子雪崩二極管11的陽極相連接，適于在導(dǎo)通時將所述單光子雪崩二極管11的陽極下拉到與GND一致的電位，使得所述單光子雪崩二極管11陽極與陰極的偏置電壓高于臨界雪崩電壓，從而發(fā)生雪崩效應(yīng)；淬火單元13，所述淬火單元13與所述供電電源、所述下拉管單元12及所述單光子雪崩二極管11的陽極相連接，適于在所述單光子雪崩二極管11發(fā)生雪崩效應(yīng)后對所述單光子雪崩二極管11進行淬火，使得所述單光子雪崩二極管陽極11的電壓偏置在所述供電電源的電源電壓VDD上；輸出單元14，所述輸出單元14與所述淬火單元13相連接，適于讀取并輸出所述單光子雪崩二極管11發(fā)生雪崩效應(yīng)所產(chǎn)生的脈沖信號。

作為示例，所述第一上拉管T1為PMOS管，所述第一上拉管T1的源極與所述供電電源相連接，所述第一上拉管T1的柵極與所述復(fù)位信號Rest相連接，所述第一上拉管T1的漏極與所述單光子雪崩二極管11的陽極相連接。當(dāng)所述復(fù)位信號Rest為低電平時，所述第一上拉管T1導(dǎo)通，所述單光子雪崩二極管11的陽極的電壓為VDD，又所述單光子雪崩二極管11的陰極的電壓為VB+VE，此時，所述單光子雪崩二極管11兩端的電壓差(即陰極與陽極的電壓差)為VB+VE-VDD＜VB，所述單光子雪崩二極管11兩端的電壓差小于臨界雪崩電壓，從而不發(fā)生雪崩效應(yīng)，實現(xiàn)所述單光子雪崩二極管11的復(fù)位。當(dāng)所述Rest為高電平時，所述第一上拉管T1關(guān)斷，不起作用。

作為示例，所述下拉管單元包括第一下拉管組及第二下拉管組；所述第一下拉管組包括第一下拉管T2及第二下拉管T3，所述第一下拉管T2及所述第二下拉管T3均為NMOS管；所述第一下拉管T2的漏極與所述單光子雪崩二極管11的陽極相連接，所述第一下拉管T2的源極與所述第二下拉管T3的漏極相連接，所述第二下拉管T3的源極接地；所述第二下拉管組包括第三下拉管T4及第四下拉管T5，所述第三下拉管T4及所述第四下拉管T5均為NMOS管；所述第三下拉管T4的漏極與所述單光子雪崩二極管11的陽極相連接，所述第三下拉管T4的源極與所述第四下拉管T5的漏極相連接，所述第四下拉管T5的源極接地。所述第一下拉管組與所述第二下拉管組可以分別實現(xiàn)將所述單光子雪崩二極管11的陽極下拉到與GND一致的電位，即當(dāng)所述第一下拉管T2與所述第二下拉管T3導(dǎo)通時或所述第三下拉管T4與所述第四下拉管T5導(dǎo)通時，所述單光子雪崩二極管11的陽極電壓被拉至與GND(地電壓)一致的電壓值，亦即所述單光子雪崩二極管11的陽極會被拉至低電平，此時，所述單光子雪崩二極管11的陽極與陰極的電壓差為VB+VE-0＞VB，所述單光子雪崩二極管11兩端的電壓差大于臨界雪崩電壓，從而發(fā)生雪崩效應(yīng)，檢測入射的光子(Photon)的信號。

作為示例，所述第一下拉管T2的柵極及所述第三下拉管T4的柵極均與行選控制信號Row相連接，當(dāng)多個所述單光子雪崩二極管像素結(jié)構(gòu)11組成多行多列的陣列時，所述行選控制信號Row適于選擇需要曝光的整行所述單光子雪崩二極管像素結(jié)構(gòu)11；所述第二下拉管T3的柵極與列選控制信號Column相連接，當(dāng)多個所述單光子雪崩二極管像素結(jié)構(gòu)11組成多行多列的陣列時，所述列選控制信號Column適于選擇需要曝光的整列所述單光子雪崩二極管像素結(jié)構(gòu)11；所述第四下拉管T5的柵極與單選控制信號Single相連接，所述單選控制信號Single為高電平時，所述第四下拉管T5導(dǎo)通，配合所述行選控制信號Row實現(xiàn)行曝光模式，即當(dāng)所述單選控制信號Single與所述行選控制信號Row均為高電平時，所述單光子雪崩二極管11的陽極的電壓會被拉至與GND一致的電壓值，即可實現(xiàn)行曝光模式；若所述單選控制信號Single為低電平時，只有在所述行選控制信號Row與所述列選控制信號Column共同作用下(即所述行選控制信號Row與所述列選控制信號Column均為高電平)選擇的像素結(jié)構(gòu)可以發(fā)生雪崩效應(yīng)，從而實現(xiàn)單像素曝光模式。

作為示例，所述淬火單元13包括：有源電阻晶體管T6、開關(guān)晶體管T7、反相器I1及淬火晶體管T8；所述有源電阻晶體管T6與下拉管單元12及所述單光子雪崩二極管11的陽極相連接；所述開關(guān)晶體管T7與所述有源電阻晶體管T6相連接；所述反相器I1的輸入端與所述單光子雪崩二極管11的陽極及所述有源電阻晶體管T6相連接，所述反相器I1的輸出端與所述開關(guān)晶體管T7相連接；所述淬火晶體管T8與所述供電電源、所述單光子雪崩二極管11的陽極、所述有源電阻晶體管T6及所述反相器I1的輸出端相連接；當(dāng)所述下拉管單元12導(dǎo)通時，所述開關(guān)晶體管T7導(dǎo)通，所述開關(guān)晶體管T7、所述有源電阻晶體管T6及所述反相器I1共同作用將所述單光子雪崩二極管11陽極的電壓保持在GND電壓值；當(dāng)所述單光子雪崩二極管11發(fā)生雪崩效應(yīng)時，雪崩電流作用于所述有源電阻晶體管T6產(chǎn)生電壓降，所述反相器I1與所述淬火晶體管T8共同作用對所述單光子雪崩二極管11進行淬火。

作為示例，所述有源電阻晶體管T6為NMOS管，所述有源電阻晶體管T6的漏極與所述單光子雪崩二極管11的陽極及所述下拉管單元12相連接，具體的，所述有源電阻晶體管T6的漏極與所述第一下拉管T2的漏極相連接，所述有源電阻晶體管T6的柵極與所述單光子雪崩二極管11的陽極及所述反相器I1的輸入端相連接，所述有源電阻晶體管T6的源極與所述開關(guān)晶體管T7相連接。

作為示例，所述開關(guān)晶體管T7為NMOS管，所述開關(guān)晶體管T7的漏極與所述有源電阻晶體管T6相連接，具體的，所述開關(guān)晶體管T7的漏極與所述有源電阻晶體管T6的源極相連接，所述開關(guān)晶體管T7的源極接地，所述開關(guān)晶體管T7的柵極與所述反相器I1的輸出端、所述淬火晶體管T8及所述輸出單元14相連接。

作為示例，所述淬火晶體管T8為PMOS管，所述淬火晶體管T8的源極與所述供電電源相連接，所述淬火晶體管T8的柵極與所述反相器I1的輸出端、所述開關(guān)晶體管T7及所述輸出單元14相連接，具體的，所述淬火晶體管T8的柵極與所述反相器I1的輸出端、所述開關(guān)晶體管T7的柵極及所述輸出單元14相連接，所述淬火晶體管T8的漏極與所述單光子雪崩二極管11的陽極相連接。

具體的，當(dāng)所述下拉管單元12導(dǎo)通時，在所述下拉管單元12的作用下，所述單光子雪崩二極管11的陽極電壓偏置在GND電壓上，即所述單光子雪崩二極管11陽極處于低電平，此時，所述反相器I1的輸入為低電平，輸出為高電平，此時，所述開關(guān)晶體管T7開啟，使得所述有源電阻晶體管T6的源極處于低電平，從而使得所述有源電阻晶體管T6兩端壓降為0，即保持所述單光子雪崩二極管11的陽極處于低電壓狀態(tài)。當(dāng)所述單光子雪崩二極管11發(fā)生雪崩效應(yīng)時，雪崩電流作用于所述有源電阻晶體管T6上，并在所述有源電阻晶體管T6上產(chǎn)生一個較大的電壓降，所述反相器I1的輸入為高電平，輸出為低電平，此時，所述淬火晶體管T8開啟，使得所述單光子雪崩二極管11的陽極通過所述淬火晶體管T8與所述供電電源相連接，使得所述單光子雪崩二極管11的陽極穩(wěn)定地偏置在電源電壓VDD上。

作為示例，所述輸出單元14包括第二上拉管T9、第五下拉管T11及輸出開關(guān)管T10；所述第二上拉管T9為PMOS管，所述第二上拉管T9的源極與所述供電電源相連接，所述第二上拉管T9的柵極與所述淬火晶體管T8的柵極、所述反相器I1的輸出端及所述開關(guān)晶體管T7的柵極相連接；所述第五下拉管T11為NMOS管，所述第五下拉管T11的源極接地，所述第五下拉管T11的柵極與所述淬火晶體管T8的柵極、所述反相器I1的輸出端、所述開關(guān)晶體管T7的柵極及所述第二上拉管T9的柵極相連接；所述輸出開關(guān)管T10為PMOS管，所述輸出開關(guān)管T10的源極與所述第二上拉管T9的漏極相連接，所述輸出開關(guān)管T10的漏極與所述第五下拉管T11的漏極相連接作為所述輸出單元14的輸出端，所述輸出開關(guān)管T10的柵極與行共享信號Rout相連接，適于在曝光前后一段預(yù)定時間內(nèi)保持導(dǎo)通，以配合所述第二上拉管T9及所述第五下拉管T11讀取所述單光子雪崩二極管11發(fā)生雪崩效應(yīng)所產(chǎn)生的脈沖信號。

單個所述單光子雪崩二極管像素結(jié)構(gòu)的時序配置和仿真結(jié)果如圖3所示，由圖3可知，通過所述時序配置和仿真結(jié)果可以實現(xiàn)各個晶體管的功能特性。其中，圖3中，Photon為仿真設(shè)定的光子到達(dá)時刻，A信號為單光子雪崩二極管的陽極所在節(jié)點電壓信號，out信號即為輸出節(jié)點的仿真結(jié)構(gòu)。

本發(fā)明的單光子雪崩二極管像素結(jié)構(gòu)可以在未被選中曝光和讀出時將單光子雪崩二極管陽極與陰極的電壓偏置在臨界雪崩電壓之下而不會發(fā)生雪崩效應(yīng)。

實施例二

請參閱圖4，本發(fā)明還提供一種像素陣列結(jié)構(gòu)，所述像素陣列結(jié)構(gòu)包括：多個如上述任一方案中所述的單光子雪崩二極管像素結(jié)構(gòu)1，所述單光子雪崩二極管像素結(jié)構(gòu)1呈陣列分布；所述單光子雪崩二極管像素結(jié)構(gòu)1均與行選控制信號Row、列選控制信號Column、行共享信號Rout、復(fù)位信號Rest及單選控制信號Single相連接；所有所述單光子雪崩二極管像素結(jié)構(gòu)1中的所述單光子雪崩二極管11的陰極統(tǒng)一接到電壓值為VE+VB的電壓上，所有單光子雪崩二極管像素結(jié)構(gòu)1共用電源電壓VDD及接地電壓GND。

作為示例，圖4中以所述像素陣列結(jié)構(gòu)包括N行M列所述單光子雪崩二極管像素結(jié)構(gòu)1作為示例，其中，M與N均為大于或等于1的整數(shù)。

當(dāng)所述像素陣列結(jié)構(gòu)需要進行逐行曝光時，所述復(fù)位信號Rest為高電平，所述單選控制信號Single為高電平，各列的所述列選控制信號Column均處于低電平，此時，各行所述行選控制信號Row對所述像素陣列結(jié)構(gòu)中的所述單光子雪崩二極管像素結(jié)構(gòu)進行逐行的曝光，所述行共享控制信號Rout則使輸出out端讀取各行雪崩脈沖信號。

當(dāng)所述像素陣列結(jié)構(gòu)需要進行單像素曝光時，所述復(fù)位信號Rest為高電平，單選控制信號Single為低電平，各列的所述列選控制信號Column為高電平，配合相應(yīng)的各行的行選控制信號Row可以選擇對應(yīng)行列的某一個所述單光子雪崩二極管像素結(jié)構(gòu)進行曝光，所述行共享控制信號Rout則使輸出out端輸出相應(yīng)的雪崩脈沖信號，此時，其他的所述單光子雪崩二極管像素結(jié)構(gòu)沒有輸出雪崩脈沖信號生成，從而實現(xiàn)但像素曝光。本發(fā)明的像素陣列結(jié)構(gòu)可以實現(xiàn)單像素結(jié)構(gòu)的曝光，便于研究單像素結(jié)構(gòu)對相鄰像素結(jié)構(gòu)的串?dāng)_影響。

綜上所述，本發(fā)明提供一種單光子雪崩二極管像素結(jié)構(gòu)及像素陣列結(jié)構(gòu)，所述單光子雪崩二極管像素結(jié)構(gòu)包括：單光子雪崩二極管，包括陽極及陰極；所述單光子雪崩二極管的陰極與一偏置電壓源相連接，所述偏置電壓源的偏置電壓為VB+VE，其中，VB為所述單光子雪崩二極管的臨界雪崩電壓，VE小于供電電源的電源電壓；第一上拉管，與供電電源、復(fù)位信號及所述單光子雪崩二極管的陽極相連接，適于在所述復(fù)位信號為低電平時導(dǎo)通，使得所述單光子雪崩二極管陽極與陰極的偏置電壓低于臨界雪崩電壓，從而不發(fā)生雪崩效應(yīng)，以將所述單光子雪崩二極管復(fù)位；下拉管單元，與所述第一上拉管及所述單光子雪崩二極管的陽極相連接，適于在導(dǎo)通時將所述單光子雪崩二極管的陽極下拉到與GND一致的電位，使得所述單光子雪崩二極管陽極與陰極的偏置電壓高于臨界雪崩電壓，從而發(fā)生雪崩效應(yīng)；淬火單元，與所述供電電源、所述下拉管單元及所述單光子雪崩二極管的陽極相連接，適于在所述單光子雪崩二極管發(fā)生雪崩效應(yīng)后對所述單光子雪崩二極管進行淬火，使得所述單光子雪崩二極管陽極的電壓偏置在所述供電電源的電源電壓上；輸出單元，與所述淬火單元相連接，適于讀取并輸出所述單光子雪崩二極管發(fā)生雪崩效應(yīng)所產(chǎn)生的脈沖信號。本發(fā)明的單光子雪崩二極管像素結(jié)構(gòu)可以在未被選中曝光和讀出時將單光子雪崩二極管陽極與陰極的電壓偏置在臨界雪崩電壓之下而不會發(fā)生雪崩效應(yīng)；本發(fā)明的像素陣列結(jié)構(gòu)可以實現(xiàn)單像素結(jié)構(gòu)的曝光，便于研究單像素結(jié)構(gòu)對相鄰像素結(jié)構(gòu)的串?dāng)_影響。

上述實施例僅例示性說明本發(fā)明的原理及其功效，而非用于限制本發(fā)明。任何熟悉此技術(shù)的人士皆可在不違背本發(fā)明的精神及范疇下，對上述實施例進行修飾或改變。因此，舉凡所屬技術(shù)領(lǐng)域中具有通常知識者在未脫離本發(fā)明所揭示的精神與技術(shù)思想下所完成的一切等效修飾或改變，仍應(yīng)由本發(fā)明的權(quán)利要求所涵蓋。