隨著社會的發(fā)展,人們對于微弱光的圖像檢測需求越來越急缺,而單光子探測就是解決該種問題十分有效的手段,相比于基于電荷耦合器的CMOS圖像傳感器和PMT的光電轉(zhuǎn)換器,該技術(shù)具有探測的靈敏度高、抗干擾能力強、結(jié)構(gòu)簡單及易于大規(guī)模集成的優(yōu)勢。在航空航天、生物醫(yī)藥、信號傳輸?shù)确矫娅@得廣泛應(yīng)用,雖然具有廣闊的應(yīng)用前景,但該技術(shù)的發(fā)展困難是如何進行單片集成與大規(guī)模陣列應(yīng)用,本文將對此展開研究。第一、傳統(tǒng)單光子探測中,為了保證探測器件的光子探測效率,通常將器件尺寸設(shè)計過大,但這樣的設(shè)計對于降低陣列面積,提高陣列的集成度是個十分巨大的挑戰(zhàn)。故而本文將基于0.18μm CMOS工藝設(shè)計適用于大規(guī)模陣列探測器的小尺寸SPAD結(jié)構(gòu),通過優(yōu)化設(shè)計,確定器件結(jié)構(gòu),繪制版圖流片與進行測試驗證。第二、針對無SAPD仿真模型的問題,本文將在充分調(diào)研閱讀文獻的基礎(chǔ)上提出一款適用于電路仿真的器件SPICE模型,為電路設(shè)計鋪平道路。其次為SPAD設(shè)計兩款結(jié)構(gòu)簡單、性能可靠的淬滅電路:負(fù)載可變與電容淬滅電路,通過仿真表明,電路的淬滅時間低于5ns、復(fù)位時間低于1ns,滿足整體死區(qū)時間小于1ns,達到高速探測的應(yīng)用需求。且進行電... 

【文章來源】：電子科技大學(xué)四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：86 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
abstract
第一章 緒論
    1.1 研究背景
    1.2 單光子探測原理
    1.3 SPAD探測的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢
    1.4 論文主要工作和結(jié)構(gòu)安排
第二章 單光子雪崩光電二級管探測器的研究基礎(chǔ)
    2.1 雪崩光電二極管工作原理
    2.2 SPAD的性能指標(biāo)
        2.2.1 光子探測效率
        2.2.2 雪崩倍增因子
        2.2.3 暗計數(shù)率
        2.2.4 后脈沖
    2.3 SPAD的淬滅與復(fù)位
        2.3.1 被動式淬滅電路
        2.3.2 主動式淬滅
        2.3.3 門控淬滅式電路
    2.4 SPAD的計數(shù)電路
        2.4.1 數(shù)字計數(shù)電路
        2.4.2 模擬計數(shù)電路
    2.5 本章小結(jié)
第三章 單光子雪崩光電二級管的設(shè)計
    3.1 CMOS工藝的SPAD結(jié)構(gòu)發(fā)展
    3.2 SPAD的保護環(huán)結(jié)構(gòu)
    3.3 SPAD的結(jié)構(gòu)設(shè)計
    3.4 仿真分析
    3.5 SPAD的版圖設(shè)計與測試驗證
        3.5.1 SPAD的版圖設(shè)計
        3.5.2 SPAD的測試驗證
    3.6 本章小結(jié)
第四章 單光子雪崩光電二極管的淬滅電路
    4.1 淬滅電路的仿真模型
    4.2 淬滅電路的設(shè)計
        4.2.1 設(shè)計要求
        4.2.2 負(fù)載可變淬滅電路設(shè)計
        4.2.3 電容感應(yīng)淬滅電路
        4.2.4 延遲電路設(shè)計
    4.3 仿真結(jié)果與分析
        4.3.1 延遲電路仿真分析
        4.3.2 負(fù)載可變淬滅電路仿真
        4.3.3 電容淬滅電路仿真
    4.4 本章小結(jié)
第五章 單光子雪崩二極管的計數(shù)電路
    5.1 計數(shù)電路設(shè)計要求
    5.2 數(shù)字計數(shù)電路
    5.3 模擬計數(shù)電路
    5.4 仿真分析
    5.5 版圖設(shè)計
    5.6 本章小結(jié)
第六章 總結(jié)與展望
致謝
參考文獻
作者攻讀碩士期間取得的研究成果


【參考文獻】：
期刊論文
[1]時間-數(shù)字轉(zhuǎn)換器研究綜述[J]. 羅敏,宮月紅,喻明艷.  微電子學(xué). 2014(03)
[2]基于CMOS工藝的單光子雪崩二極管的蓋革模式仿真[J]. 王成,孟麗婭,王慶祥,閆旭亮.  半導(dǎo)體技術(shù). 2014(04)
[3]SPAD的EDA模型及其在集成淬火電路設(shè)計中的應(yīng)用[J]. 周揚,陳永平.  半導(dǎo)體光電. 2010(05)
[4]基于蓋革模式APD陣列的激光雷達性能分析[J]. 劉曉波,李麗.  航空兵器. 2009(06)
[5]高靈敏度電子倍增CCD的發(fā)展現(xiàn)狀[J]. 張燦林,陳錢,周蓓蓓.  紅外技術(shù). 2007(04)
[6]通訊波段單光子探測器的研制[J]. 劉云,韓正甫,吳青林,戴逸民,郭光燦.  量子光學(xué)學(xué)報. 2007(01)
[7]光子計數(shù)成像原理及其應(yīng)用[J]. 趙勛杰.  紅外與激光工程. 2003(01)
[8]探測器光譜靈敏度的一種測量方法[J]. 蔣月娟.  光學(xué)儀器. 2000(02)

博士論文
[1]基于InGaAs/InP單光子雪崩二極管的紅外單光子探測研究[D]. 周鵬.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2010

碩士論文
[1]基于0.18um CMOS工藝的時間數(shù)字轉(zhuǎn)換器的設(shè)計與實現(xiàn)[D]. 李乾鋒.東南大學(xué) 2015
[2]基于CMOS工藝的蓋革模式SPAD像元電路研究[D]. 王成.重慶大學(xué) 2014
[3]一種高優(yōu)值CMOS圖像傳感器讀出電路的設(shè)計[D]. 劉曉磊.華中科技大學(xué) 2011
[4]320×256紅外焦平面讀出電路研究[D]. 陳彥宇.電子科技大學(xué) 2008



本文編號：3043107