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具有像素級(jí)偏置控制的spad陣列的制作方法

文檔序號(hào):12737434閱讀:來源:國(guó)知局

技術(shù)特征:

1.一種感測(cè)設(shè)備,包括:

感測(cè)元件的陣列,每個(gè)感測(cè)元件包括:

光電二極管,所述光電二極管包括p-n結(jié);和

局部偏置電路,所述局部偏置電路經(jīng)耦接以在偏置電壓下對(duì)所述p-n結(jié)進(jìn)行反向偏置,所述偏置電壓比所述p-n結(jié)的擊穿電壓大一裕量,所述裕量足以使得入射在所述p-n結(jié)上的單個(gè)光子觸發(fā)從所述感測(cè)元件輸出的雪崩脈沖;和

偏置控制電路,所述偏置控制電路經(jīng)耦接以將所述感測(cè)元件中的不同感測(cè)元件中的所述偏置電壓設(shè)置為大于所述擊穿電壓的不同的相應(yīng)值。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備,并且包括全局偏置發(fā)生器,所述全局偏置發(fā)生器經(jīng)耦接以向所述陣列中的所有所述感測(cè)元件施加全局偏置電壓,其中每個(gè)感測(cè)元件中的所述局部偏置電路被配置為施加過量偏置,使得每個(gè)p-n結(jié)兩端的所述偏置電壓是所述全局偏置電壓和所述過量偏置之和。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的設(shè)備,其中每個(gè)感測(cè)元件包括淬滅電路,并且其中每個(gè)感測(cè)元件中的所述光電二極管、所述局部偏置電路和所述淬滅電路是串聯(lián)耦接在一起的。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備,其中所述局部偏置電路包括電壓加法器,所述電壓加法器耦接到多個(gè)電壓線,提供相應(yīng)的輸入電壓,并被配置為選擇所述輸入電壓并對(duì)所述輸入電壓進(jìn)行求和,以便向所述p-n結(jié)提供所述偏置電壓。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備,其中所述偏置控制電路被配置為設(shè)置所述感測(cè)元件中的所述不同感測(cè)元件中的所述偏置電壓,以便均衡所述感測(cè)元件對(duì)入射光子的靈敏度。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備,其中所述偏置控制電路被配置為識(shí)別具有高于指定極限的噪聲水平的所述感測(cè)元件中的一個(gè)或多個(gè)感測(cè)元件,并設(shè)置所識(shí)別的感測(cè)元件的所述偏置電壓,以便降低所述噪聲水平。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備,其中所述偏置控制電路被配置為提高所述陣列的所選擇的區(qū)域中的所述感測(cè)元件的所述偏置電壓,使得所選擇的區(qū)域中的所述感測(cè)元件對(duì)入射光子的靈敏度大于所指定區(qū)域外部的所述感測(cè)元件的所述靈敏度。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的設(shè)備,其中所述偏置控制電路被配置為修改所述感測(cè)元件的所述偏置電壓,以便使所選擇的區(qū)域橫掃所述陣列。

9.根據(jù)權(quán)利要求1至8中任一項(xiàng)所述的設(shè)備,其中所述感測(cè)元件的所述陣列包括在第一半導(dǎo)體芯片上形成的所述感測(cè)元件的第一二維矩陣,并且其中所述偏置控制電路包括在第二半導(dǎo)體芯片上形成并且以在所述感測(cè)元件和所述偏置控制元件之間一一對(duì)應(yīng)的方式耦接到所述第一矩陣的偏置控制元件的第二二維矩陣。

10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的設(shè)備,其中所述第二半導(dǎo)體芯片包括經(jīng)耦接以從所述感測(cè)元件接收相應(yīng)輸出脈沖的處理電路,其中所述處理電路包括耦接到每個(gè)感測(cè)元件的相應(yīng)時(shí)間到數(shù)字轉(zhuǎn)換器(TDC)。

11.一種用于感測(cè)的方法,包括:

提供感測(cè)元件的陣列,每個(gè)感測(cè)元件包括:光電二極管,所述光電二極管包括p-n結(jié);以及偏置電路,所述偏置電路經(jīng)耦接以在偏置電壓下對(duì)所述p-n結(jié)進(jìn)行反向偏置,所述偏置電壓比所述p-n結(jié)的擊穿電壓大一裕量,所述裕量足以使得入射在所述p-n結(jié)上的單個(gè)光子觸發(fā)從所述感測(cè)元件輸出的雪崩脈沖;以及

將所述感測(cè)元件中的不同感測(cè)元件中的所述偏置電壓設(shè)置為大于所述擊穿電壓的不同的相應(yīng)值。

12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法,其中設(shè)置所述偏置電壓包括向所述陣列中的所有所述感測(cè)元件施加全局偏置電壓,并在每個(gè)感測(cè)元件中設(shè)置局部偏置電路以施加過量偏置,使得每個(gè)p-n結(jié)兩端的所述偏置電壓是所述全局偏置電壓和所述過量偏置之和。

13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法,其中每個(gè)感測(cè)元件包括淬滅電路,并且其中提供所述陣列包括將每個(gè)感測(cè)元件中的所述光電二極管、所述局部偏置電路和所述淬滅電路串聯(lián)耦接在一起。

14.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法,其中所述局部偏置電路包括電壓加法器,所述電壓加法器耦接到多個(gè)電壓線,提供相應(yīng)的輸入電壓,并且其中設(shè)置所述偏置電壓包括選擇所述輸入電壓并對(duì)所述輸入電壓進(jìn)行求和,以便向所述p-n結(jié)提供所述偏置電壓。

15.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法,其中設(shè)置所述感測(cè)元件中的所述不同感測(cè)元件中的所述偏置電壓,以便均衡所述感測(cè)元件對(duì)入射光子的靈敏度。

16.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法,其中設(shè)置所述偏置電壓包括識(shí)別具有高于指定極限的噪聲水平的所述感測(cè)元件中的一個(gè)或多個(gè)感測(cè)元件,并設(shè)置所識(shí)別的感測(cè)元件的所述偏置電壓,以便降低所述噪聲水平。

17.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法,其中設(shè)置所述偏置電壓包括提高所述陣列的所選擇的區(qū)域中的所述感測(cè)元件的所述偏置電壓,使得所選擇的區(qū)域中的所述感測(cè)元件具有的對(duì)入射光子的靈敏度大于所指定區(qū)域外部的所述感測(cè)元件的所述靈敏度。

18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法,其中提高所述偏置電壓包括修改所述感測(cè)元件的所述偏置電壓,以便使所選擇的區(qū)域橫掃所述陣列。

19.根據(jù)權(quán)利要求11至18中任一項(xiàng)所述的方法,其中提供所述感測(cè)元件的所述陣列包括提供在第一半導(dǎo)體芯片上形成的所述感測(cè)元件的第一二維矩陣,以及提供在第二半導(dǎo)體芯片上形成并且以在所述感測(cè)元件和所述偏置控制元件之間一一對(duì)應(yīng)的方式耦接到所述第一矩陣的偏置控制元件的第二二維矩陣。

20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法,其中所述第二半導(dǎo)體芯片包括經(jīng)耦接以從所述感測(cè)元件接收相應(yīng)輸出脈沖的處理電路,其中所述處理電路包括耦接到每個(gè)感測(cè)元件的相應(yīng)時(shí)間到數(shù)字轉(zhuǎn)換器(TDC)。

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