本发明属于半导体光电探测芯片,具体涉及g-apd单元增益一致性高的硅光电倍增管。本发明还涉及g-apd单元增益一致性高的硅光电倍增管的制造方法。
背景技术:
1、硅光电倍增管(silicon photomultiplier,sipm)是一种具有优秀光子数分辨能力的新型微弱光探测器。sipm是将大量的工作在盖革模式的雪崩光电二极管(geiger-modeavalanche photo-diode,g-apd)单元阵列化集成在同一个单晶硅片上构成的固态光电探测器件。光子数分辨能力是sipm的一个重要特性,是用于衡量sipm微弱光探测能力的重要参数之一。光子数分辨谱的峰谷比(即光电子峰的峰值计数和低谷计数的比值)则是衡量一个sipm单元增益一致性的重要标准。g-apd单元之间增益一致性越好,峰谷比就越好,适当增加光强,能够分辨的光电子峰的数目就越多,这有利于准确地进行光子计数。目前对于提高光子数分辨能力大部分都是通过调节电路来实现。eraerds等人(eraerds p,m,rochas a,et al.sipm for fast photon-counting and multiphoton detection,(2007))采用了高通滤波器滤除sipm雪崩脉冲信号的低频部分实现其高速的光子数可分辨探测,但是该方法无法保证雪崩信号的完整性,致使探测效率仅有16%,远远低于未滤波情况下的探测效率。日本akiba等人(akibam,inagaki k,tsujino k.photon numberresolving sipm detector with 1ghz count rate,(2012))使用高频电路以及基线校正对输出信号进行处理,实现了~1ghz的工作速度以及平均2.6个光子的光子数可分辨探测。孙颖等人将门控信号加载在sipm上,利用门控信号控制apd单元两端的偏置电压以实现光子数可分辨探测的有效淬灭和恢复(孙颖,梁焰.高速mppc的光子数可分辨探测,(2022))。然而目前通过sipm器件结构的改进来提高其内部g-apd单元之间的增益一致性,进而提高其光子数分辨能力则鲜有报道。
技术实现思路
1、本发明的目的在于提供g-apd单元增益一致性高的硅光电倍增管,解决了现有g-apd单元增益一致性低的问题。
2、本发明的另一目的在于提供g-apd单元增益一致性高的硅光电倍增管的制造方法,适用于工业化批量生产。
3、本发明所采用的第一种技术方案是:g-apd单元增益一致性高的硅光电倍增管,包括若干g-apd单元阵列而成的硅光电倍增管本体,硅光电倍增管本体顶部位于g-apd单元光敏区的间隔区域沉积有金属网格。
4、本发明第一种技术方案的特点还在于,
5、g-apd单元包括自下而上依次设置的n 区域、衬底、n-外延层、n enrich区以及p 掺杂层,各g-apd单元的p 掺杂层相互连通且与各g-apd单元的n enrich区构成pn结。
6、n-外延层的顶部沉积有sio2层,sio2层正对p 掺杂层的位置开设有接触孔。
7、sio2层上位于接触孔以外的位置沉积有金属层。
8、n 区域的底部沉积有金属层。
9、n enrich区为圆形。
10、本发明所采用的第二种技术方案是:g-apd单元增益一致性高的硅光电倍增管的制造方法,包括以下步骤:
11、步骤1、在硅光电倍增管本体的p 掺杂层正面沉积sio2做绝缘膜;
12、步骤2、通过光刻、刻蚀sio2绝缘膜,开接触孔;
13、步骤3、正面沉积金属膜;
14、步骤4、通过光刻反刻出金属电极与金属网格图形,金属网格图形窗口对准g-apd单元光敏区;
15、步骤5、腐蚀裸露的金属膜,得到金属网格与上电极;
16、步骤6、背面沉积金属膜,形成下电极。
17、本发明第二种技术方案的特点还在于,步骤1中硅光电倍增管本体的制造方法包括以下步骤:
18、步骤1.1、准备清洁的硅外延片,包括衬底和n-外延层;
19、步骤1.2、在n-外延层的顶部沉积表面sio2绝缘介质层;
20、步骤1.3、光刻、刻蚀sio2绝缘介质层开阵列窗口;
21、步骤1.4、通过阵列窗口在n-外延层表面注入磷元素形成n enrich区;
22、步骤1.5、光刻、刻蚀sio2绝缘介质层开离子注入窗口;
23、步骤1.6、通过离子注入窗口在n-外延层表面注入硼元素形成p 掺杂层;
24、步骤1.7、在衬底背面注入磷元素形成n 区域。
25、本发明的有益效果是:本发明的g-apd单元增益一致性高的硅光电倍增管,通过在硅光电倍增管高浓度离子掺杂层表面,g-apd单元的间隔区域布满金属网格,使得位于中央区域的g-apd单元与边缘区域的单元两端有一致的偏压,提高了单元间的增益一致性,进一步可提高硅光电倍增管的光子数分辩能力;本发明的制造方法工艺简单,适用于工业化批量生产。
1.g-apd单元增益一致性高的硅光电倍增管,其特征在于,包括若干g-apd单元阵列而成的硅光电倍增管本体,硅光电倍增管本体顶部位于g-apd单元光敏区的间隔区域沉积有金属网格(1)。
2.如权利要求1所述的g-apd单元增益一致性高的硅光电倍增管,其特征在于,所述g-apd单元包括自下而上依次设置的n 区域、衬底、n-外延层、n enrich区(2)以及p 掺杂层,各g-apd单元的p 掺杂层相互连通且与各g-apd单元的n enrich区(2)构成pn结。
3.如权利要求2所述的g-apd单元增益一致性高的硅光电倍增管,其特征在于,所述n-外延层的顶部沉积有sio2层(3),sio2层(3)正对p 掺杂层的位置开设有接触孔。
4.如权利要求3所述的g-apd单元增益一致性高的硅光电倍增管,其特征在于,所述sio2层(3)上位于接触孔以外的位置沉积有金属层(4)。
5.如权利要求2所述的g-apd单元增益一致性高的硅光电倍增管,其特征在于,所述n 区域的底部沉积有金属层(4)。
6.如权利要求2所述的g-apd单元增益一致性高的硅光电倍增管,其特征在于,所述nenrich区(2)为圆形。
7.如权利要求1-6任一项所述的g-apd单元增益一致性高的硅光电倍增管的制造方法,其特征在于,包括以下步骤:
8.如权利要求7所述的g-apd单元增益一致性高的硅光电倍增管的制造方法,其特征在于,所述步骤1中硅光电倍增管本体的制造方法包括以下步骤: