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具有尖锐时间响应和降低相关噪声的0.16微米BCD硅光电倍增管

DOI：10.3390/s18113763 期刊：Sensors 出版年份：2018 更新时间：2025-09-23 15:21:01
摘要： 硅光电倍增管（SiPMs）近年来性能显著提升，现已广泛应用于多个领域。但商用SiPM采用的定制化制造技术无法集成额外电子元件（如片上读出电路与模拟/数字处理电路）。本文展示了两款基于0.16微米BCD（双极-互补金属氧化物半导体-双扩散金属氧化物半导体）工艺的微电子兼容型SiPM设计及特性：芯片总面积0.67毫米×0.67毫米，含10×10方形像素阵列，填充因子达53%。其光子探测效率（PDE）超过33%（含填充因子），暗计数率（DCR）为33万次/秒。虽然暗计数密度逊于最新一代SiPM，但该制造工艺能开发基于SiPM探测器的低成本片上系统（SoC）。此外，相关噪声成分（后脉冲与光学串扰）及光子计时响应均达到顶级商用SiPM水平。
作者： Mirko Sanzaro，Fabio Signorelli，Paolo Gattari，Alberto Tosi，Franco Zappa
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研究概述 实验方案 设备清单

研究目的

介绍采用0.16微米BCD工艺制造的两款与微电子兼容的硅光电倍增管（SiPM）的设计与特性，旨在实现基于SiPM探测器的低成本片上系统（SoC）。

研究成果

采用0.16微米BCD工艺开发的硅光电倍增管（SiPM）展现出优异性能：峰值光子探测效率超过33%，相关噪声分量与商用顶尖SiPM相当，时间响应特性亦达到同类最佳水平。尽管暗计数率密度较高，该技术仍能实现基于SiPM探测器的低成本片上系统（SoC）开发。

研究不足

所制造的硅光电倍增管（SiPM）的DCR密度高于市场上最佳探测器，这表明与最先进的商用硅光电倍增管相比存在噪声性能限制。

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