g-k8凯发

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。

技术特征：

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：

技术总结
本发明公开的g‑apd单元增益一致性高的硅光电倍增管及制造方法，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。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。

技术研发人员：张国青,王磊,张武,张向通,李子健,王悦
受保护的技术使用者：西安工程大学
技术研发日：
技术公布日：2024/2/8