[实用新型]应用于高灵敏光耦隔离芯片传感前端的光电雪崩二极管

说明书

本实用新型涉及应用于高灵敏光耦隔离芯片传感前端的光电雪崩二极管，其特征在于它包括基板，所述基板内设置有深N阱、第一P阱以及第二P阱，所述深N阱的横截面形状为山字形，所述深N阱包括底部的横段以及横段上向上伸出的三个竖段，三个竖段从左向右分别为第一竖段、第二竖段、第三竖段，第一P阱位于第一竖段和第二竖段之间，第二P阱位于第二竖段和第三竖段之间。本实用新型结构兼容标准CMOS工艺，可与CMOS电路集成，可用于红外及可见光(300nm至950nm)波长的光电探测系统中。此结构在兼容CMOS工艺的同时，实现了较高的内部增益，达到了良好的光电探测性能指标，具有体积小、灵敏度高、响应速度快和带宽大等优点。

技术领域

本实用新型涉及一种应用于高灵敏光耦隔离芯片传感前端的光电雪崩二极管。

背景技术

光电二极管可以被用于探测光信号，在照相机的测光器、烟雾探测器以及各种光通信设备中均有应用。所有类型的光电二极管都可以用来检测突发的光照，或者探测同一电路系统内部的发光。光电二极管常常和发光器件(通常是发光二极管)被合并在一起组成个模块，这个模块常被称为光电耦合元件。这样就能通过分析接收到光照的情况来分析外部机械元件的运动情况(例如光斩波器)。光电二极管另外一个作用就是在模拟电路以及数字电路之间充当中介，这样两段电路就可以通过光信号耦合起来，这可以提高电路的安全性。在科学研究和工业中，光电二极管常常被用来精确测量光强，因为它比其他光导材料具有更良好的线性。在医疗应用设备中，光电二极管也有着广泛的应用，例如x射线计算机断层成像以及脉搏探测器。

硅基APD型光电二极管，是指雪崩型光电二极管，利用二极管内部发生雪崩击穿的机制实现光电转换作用，由于具有很高的内部增益和高的信号带宽，在光通信系统、光学测距系统、光互联系统以及快速光电自动控制领域中均有着广泛的应用。

在光空间传送和光纤通信等信息通信设备中，光电二极管经常作为光传感器使用。近年来，信息通信设备的发展出现了信息的多量处理化以及光速处理化的趋势，因而要求使用的光电二极管的响应高速化。

现有的光电二极管包括以下类别：

一、PN结型光电二极管：

图1是PN结型光电二极管的能带图，图2是它的器件结构图。当光子能量大于硅的带隙(E)的光照射到pn结上时，如图1所示，光在硅晶体中可以产生光生电子-空穴对。这些电子和空穴由于pn结区所存在的浓度梯度而扩散，到达耗尽层后被电场加速，电子向n型区移动，而空穴向p 型区移动。其结果是，当pn结的两端开路时，会产生在n型区为负，p型区为正的开路电压Voc。如果pn结两端连接负载，则有电流流过，这个电流是由pn结的光生电动势产生的。

光电二极管的灵敏度因光的波长而异，波长越短，越容易在距表面近的地方(浅的区域)被有效吸收。因此对于长波长的光来说，为了提高它的灵敏度，应该将pn结形成在距表面远的地方(深的区域)。而为了提高短波长的光的灵敏度，pn结应该形成在硅表面附近。

二、PIN型光电二极管：

为了改善PN型光电二极管的频率响应特性，设法减小载流子扩散时间和结电容，人们制成了一种在p区和n区之间相隔一个本征层的PIN光电二极管。

PIN光电二极管的结构如图3所示，其电场分布如图4所示。从图可见，本征层首先是个高电场区。这是因为本征材料的电阻率很高，因此，反偏电场主要集中在这一区域。高的电阻使暗电流明显减小。在这里产生的光生电子一空穴对将立即被电场分离，并作快速漂移运动。本征层的引入明显地增大了p+区的耗尽层厚度。这有利于缩短载流子的扩散过程。耗尽层的加宽也明应地减小了结电容，从而使电路时间常数减小。由于光谱响应的长波区，硅材料的吸收系数明显减小，所以耗尽层的加宽还有利于对长波区光辐射的吸收。这样，PIN结构又提供了较大的灵敏度，有利于量子效率的改善。

三、APD型光电二极管：