BCD 공정을 기반으로 미약한 광 신호를 감지하기 위한 단일 광자 눈사태 광전 다이오드(SPAD) 및 전단 소거-리셋 회로(QRC)를 제안하였다. 에지 붕괴 위험을 줄이고 감도를 향상시키기 위해 원형 P+/Nwell/Deep Nwell 구조의 SPAD를 설계하였으며, Deep Nwell과 기판 간에 형성된 pn 접합은 p 기판에서 눈사태 영역으로 흐르는 암전류를 효과적으로 감소시켜 암 카운트율을 낮추고, 작은 종방향 통과 시간을 보장하여 응답 속도를 높였다. 또한 P 우물 보호 링을 설계하여 소자의 붕괴 전압을 증가시켰다. silvaco를 사용하여 소자를 2차원 시뮬레이션하고 기존의 P+/Nwell 구조 및 P+/Nwell/BNwell 구조와 비교하여 설계 구조가 붕괴 전압과 감도 면에서 우수함을 검증하였다. 광전 검출기와 집적 회로의 협동 설계를 실현하기 위해 APD 광전 소자의 등가 회로 모델을 개선하였고 이를 기반으로 능동 소거 리셋 회로를 설계하였으며 데드 타임은 약 2.6 ns로 빠른 검출이 가능하다. 시험 결과 P+/Nwell/DNwell 구조의 눈사태 붕괴 전압은 15.8 V이며, 오버 전압 0.2 V일 때 650 nm 광 조사 하에서 감도는 약 0.80 A/W, 암 카운트율은 20 kHz인 것으로 나타났다.

단일 광자 눈사태 광전 다이오드;광전 집적;BCD 공정;감도;비행 시간 센서