[发明专利]一种雪崩光电二极管和光电倍增管探测器

说明书

本发明公开一种雪崩光电二极管和光电倍增管探测器，涉及辐射探测或弱光探测技术领域，以解决探测器探测效率低的问题。所述雪崩光电二极管包括衬底和入射光抗反射层，衬底包括多个掺杂区，掺杂区是在衬底掺入杂质离子所形成的，掺杂区包括光线入射端P型重掺杂区、N型重掺杂区、P型重掺杂区、P型掺杂区和P型低掺杂区。所述光电倍增管探测器包括多个雪崩光电二极管单元，多个雪崩光电二极管单元并联连接，每一雪崩光电二极管单元均包括淬灭电阻和上述技术方案所涉及的雪崩光电二极管，雪崩光电二极管和淬灭电阻串联连接。本发明提供的雪崩光电二极管和光电倍增管探测器用于辐射探测或弱光探测中。

技术领域

本发明涉及辐射探测或弱光探测技术领域，尤其涉及一种应用于辐射探测或弱光探测中的雪崩光电二极管和光电倍增管探测器。

背景技术

弱光探测器技术在高能物理、天体物理和核医学成像等领域一直具有非常重要的应用，目前被最广泛应用的弱光探测器主要是光电倍增管(PMT)。但由于PMT体积大、工作电压高，功耗高、易损坏、同时受光阴极限制探测效率较低、对磁场变化敏感以及不适合制作大规模探测阵列等缺点的影响，限制了它在许多方面的应用。上世纪九十年代初，俄罗斯科学家首先提出了被称作为硅光电倍增管(Silicon PhotoMultiplier-SiPM)的一种探测器，它受到了弱光探测领域研究人员的高度关注，并在现在已经成为弱光探测器技术领域的一个研究热点。

SiPM是由多个工作在盖革模式下的APD(AvalanchePhotoDiode，雪崩光电二极管)构成的阵列型光电转换器件，每个雪崩光电二极管单元均包含一个大阻值淬灭电阻，所有雪崩光电二极管单元并联输出，构成一个面阵列，形成SiPM。SiPM加上反向偏压(一般是几十V)后，每个雪崩光电二极管的APD耗尽层有很高的电场。光子进入APD后发生康普顿散射，将半导体的价电子激发为自由电子，产生的自由电子在电场中加速，打出大量的次级电子，即通过雪崩放电实现电子倍增。此时，每个雪崩光电二极管单元电路中电流突然变大，进而在输出端形成电信号。单个APD输出的电荷量Q不反映入射光子数的多少，仅与APD的电容和过阈电压有关，但由于每个APD的面积很小(通常在几十μm量级)，当人射光子数远小于SiPM的APD总和时，2个或多个光子入射同一APD的概率很小，这使得SiPM具备分辨单个光子的能力。在一定光强范围内，SiPM的输出电荷量与入射光子数成正比，即SiPM具备光子计数器的功能。它主要被用于射线的测量和探测、工业上的自动控制以及光度计量等。当它被用在红外波段时，它主要被用于导弹的制导、红外热成像仪以及红外遥感等方面。此外，还可以应用在量子通信的单光子信息载体接收端，以及获得真随机数实现量子保密通信安全密钥分发。

SiPM的主要性能指标为：探测效率、暗计数率、增益等。其中探测效率最为关键，直接影响单光子探测性能。SiPM的光子探测效率(PDE)主要由三个因子构成：量子探测效率(QE)，入光口的填充因子(FF)以及光生载流子触发雪崩概率(PT)，可以表示为：

PDE＝QE×FF×PT

其中，光生载流子触发雪崩概率(PT)受器件结构影响，而入光口的填充因子(FF)主要受淬灭电阻(RQ)、顶部引出电极以及隔离结构的布局影响，很难达到100％，而且入光口的填充因子(FF)随着单位面积像素个数的增多而减少。故如何提高SiPM的探测效率成为一个亟需解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种雪崩光电二极管和光电倍增管探测器，用于对雪崩光电二极管的结构进行改进，能够显著提高光电倍增管探测器的探测效率。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种雪崩光电二极管，包括衬底和入射光抗反射层；

所述衬底的顶面为光入射面；所述入射光抗反射层设置于所述衬底的顶面上；