硅基线性模式APD焦平面研制
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中国电子科技集团公司第四十四研究所

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Fabrication of Silicon linear-mode avalanche focal plane arrays
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Department of Solid State Image Sensor,No.44 Research Institute,CETC

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    摘要:

    针对三维激光雷达的应用场景对APD焦平面的性能要求,研究制备了2×128硅基线性模式APD焦平面组件,它由硅基APD焦平面阵列、读出电路和制冷封装管壳组成。APD像元采用拉通型结构,通过大尺寸微透镜实现了高填充因子,通过隔离环掺杂实现了串扰抑制。通过对离子注入工艺优化实现了击穿电压和响应电流均匀性。设计大带宽低噪声跨阻放大电路、高精度计时电路,实现窄脉宽、高灵敏度探测。进行气密性封装,实现APD焦平面制冷一体化封装,制冷温差在40K以上。测试结果表明,焦平面的探测阈值光功率可达3.24nW,响应非均匀性为3.8%,串扰为0.14%,最小时间分辨率可达0.25ns,实现了强度信息与时间信息同时输出功能。该探测器在激光雷达领域得到应用。

    Abstract:

    Aiming at the requirements of avalanche photodiode (APD) focal plane in 3D-lidar imaging, a 2×128 silicon linear-mode APD focal plane module is prepared. It consists of silicon based APD focal plane array, readout circuit and refrigeration package shell. APD pixels adopt the reach through structure. high fill factor is achieved by large size micro-lens arrays. crosstalk suppression is realized through doping concentration optimization of isolation ring. Though parameter adjustment of ion implantation, high uniformities of breakdown voltage and current are realized. low noise spanning resistance amplifier circuit with large bandwidth and high precision timing circuit are designed to realize narrow pulse width and high sensitivity detection. Air tightness package are carried out and the refrigeration temperature difference is over 40K. The test results show that the detection threshold optical power of focal plane can reach 3.24nW, the response non-uniformity is 3.8%, crosstalk is 0.14%, and the minimum time resolution can reach 0.25NS, realizing the simultaneous output function of intensity information and time information. This detector has been applied in lidar.

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  • 收稿日期:2022-05-28
  • 最后修改日期:2022-05-28
  • 录用日期:2022-06-08
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