Foi proposto um diodo fotovoltaico avalanche de fóton único (SPAD) baseado em tecnologia BCD e um circuito frontal de extinção e reinicialização (QRC) para detectar sinais de luz fraca. Para reduzir o risco de ruptura nas bordas e melhorar a responsividade, foi projetada uma estrutura circular SPAD P+/Nwell/Deep Nwell, onde a junção pn entre o Deep Nwell e o substrato reduz efetivamente a corrente escura que flui do substrato p para a região de avalanche, diminuindo a taxa de contagem escura e garantindo um tempo de trânsito longitudinal pequeno, o que aumenta a velocidade de resposta. Também foi projetado um anel de proteção P-well para aumentar a tensão de ruptura do dispositivo. A simulação bidimensional do dispositivo foi realizada com silvaco e comparada com as estruturas tradicionais P+/Nwell e P+/Nwell/BNwell, confirmando a superioridade do design em termos de tensão de ruptura e responsividade. Para realizar o design cooperativo do fotodetector e o circuito integrado, o modelo de circuito equivalente do dispositivo APD foi melhorado e um circuito ativo de extinção e reinicialização foi projetado com tempo morto de aproximadamente 2,6 ns, permitindo uma detecção rápida. Os resultados dos testes mostram que a tensão de ruptura de avalanche da estrutura P+/Nwell/DNwell é 15,8 V, e sob uma sobretensão de 0,2 V com iluminação de 650 nm, a responsividade é aproximadamente 0,80 A/W com taxa de contagem escura de 20 kHz.

Diodo fotovoltaico avalanche de fóton único;Integração optoeletrônica;Tecnologia BCD;Responsividade;Sensor de tempo de voo