CN212693089U - 半导体器件及硅光电倍增器 - Google Patents

半导体器件及硅光电倍增器 Download PDF

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Abstract

本实用新型公开了一种半导体器件及硅光电倍增器。半导体器件具体为成像设备，该成像设备可包括单光子雪崩二极管(SPAD)。在成像设备(诸如硅光电倍增器)中将SPAD靠近放置在一起可具有有益效果诸如改善的灵敏度。然而，随着SPAD变得更靠近在一起，SPAD可能变得易受串扰的影响。由于动态范围减小和信号精度降低，串扰通常是不期望的。为了减少串扰，电容器或其他部件可耦接在相邻SPAD之间。当在给定SPAD上发生雪崩时，偏压电压可降低到低于击穿电压。电容器可在相邻SPAD上引起对应电压降。相邻SPAD上的电压降降低了该SPAD的过偏压，从而降低了SPAD的灵敏度并因此减少了串扰发生的机会。

Description

半导体器件及硅光电倍增器
技术领域
本实用新型整体涉及半导体器件及硅光电倍增器，具体涉及成像***，并且更具体地，涉及包括用于单光子检测的具有电容耦合的单光子雪崩二极管(SPAD)的成像***。
背景技术
现代电子设备(诸如蜂窝电话、相机和计算机)常常使用数字图像传感器。图像传感器(有时称为成像器)可由二维图像感测像素的阵列形成。每个像素通常包括光敏元件诸如光电二极管，这些光敏元件接收入射光子(入射光)并把光子转变为电信号。每个像素还可包括将光重叠并聚焦到光敏元件上的微透镜。
常规图像传感器可以多种方式受到有限功能的影响。例如，一些常规图像传感器可能无法确定从图像传感器到正在成像的物体的距离。常规图像传感器也可具有低于期望的图像质量和分辨率。
为了提高对入射光的敏感度，有时可在成像***中使用单光子雪崩二极管(SPAD)。单光子雪崩二极管可能够进行单光子检测。然而，单光子雪崩二极管可能易受光学串扰的影响。
本文所述的实施方案就是在这种背景下出现的。
实用新型内容
本实用新型旨在提供一种用于单光子检测的具有电容耦合的单光子雪崩二极管(SPAD)的半导体器件，其具有减少的光学串扰。
根据第一方面，提供一种半导体器件，包括：第一单光子雪崩二极管；第一淬灭电路，所述第一淬灭电路耦接到所述第一单光子雪崩二极管；第二单光子雪崩二极管；第二淬灭电路，所述第二淬灭电路耦接到所述第二单光子雪崩二极管；和电容器，所述电容器耦接在所述第一单光子雪崩二极管和所述第二单光子雪崩二极管之间。
根据第二方面，提供一种硅光电倍增器，包括：第一微单元，所述第一微单元包括第一单光子雪崩二极管和第一淬灭电路；第二微单元，所述第二微单元包括第二单光子雪崩二极管和第二淬灭电路；和至少一个部件，所述至少一个部件耦接在所述第一微单元和所述第二微单元之间，所述至少一个部件响应于在所述第一单光子雪崩二极管中发生雪崩而在所述第二单光子雪崩二极管处引起电压降，以减轻所述第一微单元和所述第二微单元之间的串扰。
根据第三方面，提供一种半导体器件，包括：第一单光子雪崩二极管；第二单光子雪崩二极管；和第一重叠导电层和第二重叠导电层，所述第一重叠导电层和所述第二重叠导电层形成在所述第一单光子雪崩二极管和所述第二单光子雪崩二极管之间，其中所述第一重叠导电层和所述第二重叠导电层在所述第一单光子雪崩二极管和所述第二单光子雪崩二极管之间形成平行板电容器。
根据本实用新型的用于单光子检测的具有电容耦合的单光子雪崩二极管的半导体器件其具有减少的光学串扰。
附图说明
图1为示出根据一个实施方案的示例性单光子雪崩二极管像素的电路图。
图2为根据一个实施方案的示例性硅光电倍增器的示图。
图3为根据一个实施方案的具有快速输出端子的示例性硅光电倍增器的示意图。
图4为包括微单元阵列的示例性硅光电倍增器的示图。
图5为根据一个实施方案的包括基于SPAD的半导体器件的示例性成像***的示意图。
图6为示出根据一个实施方案的过偏压电压与光子检测效率的关系的曲线图。
图7为示出根据一个实施方案的过偏压电压与串扰概率的关系的曲线图。
图8为示出根据一个实施方案的具有单光子雪崩二极管的示例性硅光电倍增器的示图，该单光子雪崩二极管与电容器耦接在一起以减少串扰。
图9为根据一个实施方案的图8中的两个微单元的偏压电压的时序图，示出了可如何使用图8的布置来减少串扰。
图10为根据一个实施方案的例示性硅光电倍增器的顶视图，示出了可如何在相邻单光子雪崩二极管之间形成平行板电容。
图11为示出根据一个实施方案的具有微单元的示例性硅光电倍增器的示图，该微单元耦接到两个相邻微单元以减少串扰。
图12为示出根据一个实施方案的具有微单元的示例性硅光电倍增器的示图，该微单元耦接到四个相邻微单元以减少串扰。
具体实施方式
本实用新型的实施方案涉及包括单光子雪崩二极管(SPAD)的成像***。
一些成像***包括图像传感器，该图像传感器通过将撞击光子转换成在传感器阵列内的像素光电二极管中积聚的(收集的)电子或空穴来感测光。在完成积聚周期之后，收集到的电荷被转换成电压，该电压被提供给传感器的输出端子。在互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器中，电荷到电压的转换直接在像素本身中完成，并且模拟像素电压通过各种像素寻址和扫描方案被转移到输出端子。模拟像素电压也可随后在片上被转换成数字等同物，并且在数字域中以各种方式进行处理。
另一方面，在单光子雪崩二极管(SPAD)器件(诸如结合图1至图4所述的器件)中，光子检测原理是不同的。光感测二极管偏置在高于其击穿点，并且当入射光子生成电子或空穴时，该载流子会通过正在生成的附加的载流子启动雪崩击穿。雪崩倍增可产生电流信号，该电流信号能够通过与SPAD相关联的读出电路被容易地检测。能够通过将二极管偏压降低于其击穿点来停止(或淬灭)雪崩过程。因此，每个SPAD可包括用于停止雪崩的被动和/或主动淬灭电路。
可以通过两种方法来使用此概念。首先，可只是对到达的光子进行计数(例如，在低光度应用中)。其次，SPAD像素可用于测量从同步光源到场景对象点再返回到传感器的光子飞行时间(ToF)，该ToF可用于获得场景的三维图像。
图1为示例性SPAD器件202的电路图。如图1所示，SPAD器件202包括与淬灭电路206串联耦接在第一供电电压端子210(例如，接地电源电压端子)和第二供电电压端子208(例如，正电源电压端子)之间的SPAD 204。具体地讲，SPAD器件202包括具有连接到电源电压端子210的阳极端子和直接连接到淬灭电路206的阴极端子的SPAD 204。包括与淬灭电阻器206串联连接的SPAD 204的SPAD器件202有时统称为光触发单元或“微单元(mircocell)”。在SPAD器件202的操作期间，电源电压端子208和210可用于将SPAD 204偏置到高于击穿电压的电压(例如，将偏压电压Vbias施加到端子208)。击穿电压是能够施加到SPAD 204的不会导致二极管中的泄漏电流呈指数级增加的最大反向电压。当SPAD 204以这种方式反向偏置在击穿电压之上时，单光子的吸收可通过碰撞电离触发短时间但是相对较大的雪崩电流。
淬灭电路206(有时称为淬灭元件206)可用于将SPAD 204的偏压电压降低到低于击穿电压的水平。将SPAD 204的偏压电压降低到低于击穿电压会停止雪崩过程和对应雪崩电流。有多种方式形成淬灭电路206。淬灭电路206可以是被动淬灭电路或主动淬灭电路。一旦雪崩启动，被动淬灭电路无需外部控制或监测即可自动淬灭雪崩电流。例如，图1示出了使用电阻器部件来形成淬灭电路206的示例。这是被动淬灭电路的一个示例。
被动淬灭电路的这个示例仅仅是示例性的。主动淬灭电路也可用在SPAD器件202中。主动淬灭电路可减少SPAD器件202复位所花费的时间。这可允许SPAD器件202以比使用被动淬灭电路时更快的速率检测入射光，从而改善SPAD器件的动态范围。主动淬灭电路可调节SPAD淬灭电阻。例如，在检测到光子之前，将淬灭电阻设置为较高的值，然后一旦检测到光子并且雪崩淬灭，就将淬灭电阻最小化以减少恢复时间。
SPAD器件202还可包括读出电路212。有多种方式形成读出电路212以从SPAD器件202获得信息。读出电路212可包括对到达的光子进行计数的脉冲计数电路。另选地或除此之外，读出电路212可包括用于测量光子飞行时间(ToF)的飞行时间电路。光子飞行时间信息可用于执行深度感测。在一个示例中，光子可由模拟计数器计算以形成作为对应像素电压的光强度信号。也可以通过将光子飞行时间转换为电压来获得ToF信号。包括在读出电路212中的模拟脉冲计数电路的示例仅仅是示例性的。如果需要，读出电路212可包括数字脉冲计数电路。如果需要，读出电路212还可包括放大电路。
图1中读出电路212耦接到二极管204和淬灭电路206之间的节点的示例仅仅是示例性的。读出电路212可耦接到端子208或SPAD器件的任何所需部分。在一些情况下，淬灭电路206可被认为与读出电路212成一整体。
因为SPAD器件可检测单个入射光子，所以SPAD器件可有效地成像具有低光水平的场景。每个SPAD可检测在给定时间段内接收的光子的数量(例如，使用包括计数电路的读出电路)。然而，如上所述，每当接收到光子并且开始雪崩电流时，必须在准备好检测另一个光子之前对SPAD器件进行淬灭和复位。当入射光水平增加时，复位时间变得限制于SPAD器件的动态范围(例如，一旦入射光水平超过给定水平，则在复位时立即触发SPAD器件)。
可将多个SPAD器件分组在一起以帮助增加动态范围。图2是SPAD器件202的示例性组220的电路图。SPAD器件的组或阵列有时可被称为硅光电倍增器(SiPM)。如图2所示，硅光电倍增器220可包括在第一供电电压端子208和第二供电电压端子210之间并联耦接的多个SPAD器件。图2示出了并联耦接的N个SPAD器件202(例如，SPAD器件202-1、SPAD器件202-2、SPAD器件202-3、SPAD器件202-4、......、SPAD器件202-N)。在给定的硅光电倍增器220中可包括多于两个的SPAD器件、多于十个的SPAD器件、多于一百个的SPAD器件、多于一千个的SPAD器件等。
每个SPAD器件202在本文中有时可被称为SPAD像素202。尽管未在图2中明确示出，用于硅光电倍增器220的读出电路可测量来自硅光电倍增器中全部SPAD像素的组合输出电流。以此方式配置，可增加包括SPAD像素的成像***的动态范围。当接收到入射光子时，不保证每个SPAD像素具有触发的雪崩电流。SPAD像素可具有在接收到入射光子时触发雪崩电流的相关联概率。存在在光子到达二极管时产生电子的第一概率，然后是电子触发雪崩电流的第二概率。光子触发雪崩电流的总概率可称为SPAD的光子检测效率(PDE)。因此，在硅光电倍增器中将多个SPAD像素分组在一起允许更准确地测量传入的入射光。例如，如果单个SPAD像素的PDE为50％并且在某个时间段内接收到一个光子，则不会检测到光子的可能性为50％。利用图2的硅光电倍增器220，四个SPAD像素中的两个可能将检测光子，从而改善所提供的时间段的图像数据。
图2的示例仅仅是示例性的，其中多个SPAD像素202共享硅光电倍增器220中的公共输出。就包括具有用于所有SPAD像素的公共输出的硅光电倍增器的成像***而言，成像***在成像场景时可能不具有任何分辨率(例如，硅光电倍增器可仅检测单个点处的光子通量)。可能有利的是使用SPAD像素在阵列之上获得图像数据，以允许成像场景的更高分辨率的再现。在诸如这些情况下，单成像***中的SPAD像素可具有逐个像素读出能力。另选地，可在成像***中包括硅光电倍增器的阵列(每个硅光电倍增器包括多于一个的SPAD像素)。来自每个像素或来自每个硅光电倍增器的输出可用于生成成像场景的图像数据。该阵列可能够在线阵列(例如，具有单行多列或单列多行的阵列)或具有多于十个、多于一百个或多于一千个的行和/或列的阵列中进行独立检测(无论是在硅光电倍增器中使用单个SPAD像素还是多个SPAD像素)。
如上所述，虽然SPAD像素有多个可能的用例，但是用于检测入射光的基础技术是相同的。使用SPAD像素的器件的所有上述示例统称为基于SPAD的半导体器件。包括具有共同输出的多个SPAD像素的硅光电倍增器可被称为基于SPAD的半导体器件。具有逐个像素读出能力的SPAD像素阵列可被称为基于SPAD的半导体器件。具有逐个硅光电倍增器读出能力的硅光电倍增器阵列可被称为基于SPAD的半导体器件。
图3示出了硅光电倍增器30。如图3所示，SiPM 30具有电容耦接到每个阴极端子31的第三端子35，以便提供来自SPAD 33的雪崩信号的快速读出。当SPAD 33发射电流脉冲时，在阴极31处产生的电压变化的一部分将经由互电容耦接到第三(“快速”)输出端子35中。使用第三端子35进行读出避免了由于与偏置淬灭电阻器的顶部端子的偏置电路相关联的相对较大的RC时间常数而导致的受损瞬态性能。
本领域的技术人员应当理解，硅光电倍增器包括如图4所示的主总线44和次总线45。次总线45可直接连接到每个单独的微单元25。然后将次总线45耦接到主总线44，所述主总线连接到与端子37和35相关联的接合焊盘。通常，次总线45在微单元25的列之间竖直延伸，而主总线44邻近微单元25的外行水平地延伸。
图5示出了具有基于SPAD的半导体器件的成像***10。成像***10可以是电子设备，诸如数字相机、计算机、蜂窝电话、医疗设备或其它电子设备。成像***10可以是车辆上的成像***(有时称为车载成像***)。成像***可用于LIDAR应用。
成像***14可包括一个或多个基于SPAD的半导体器件14(有时称为半导体器件14、器件14、基于SPAD的图像传感器14或图像传感器14)。一个或多个透镜28可任选地覆盖每个半导体器件14。在操作期间，透镜28(有时称为光学器件28)可将光聚焦到基于SPAD的半导体器件14上。基于SPAD的半导体器件14可包括将光转换成数字数据的SPAD像素。基于SPAD的半导体器件可具有任意数量的SPAD像素(例如，数百、数千、数百万或更多)。在一些基于SPAD的半导体器件中，每个SPAD像素可由相应的滤色器元件和/或微透镜覆盖。
基于SPAD的半导体器件14可任选地包括附加电路，诸如逻辑门电路、数字计数器、时间-数字转换器、偏压电路(例如，源极跟随器负载电路)、采样和保持电路、相关双采样(CDS)电路、放大器电路、模拟-数字(ADC)转换器电路、数据输出电路、存储器(例如，缓冲电路)、地址电路等。
可将来自基于SPAD的半导体器件14的图像数据提供给图像处理电路16。图像处理电路16可用于执行图像处理功能，诸如自动聚焦功能、深度感测、数据格式化、调整白平衡和曝光、实现视频图像稳定、脸部检测等。例如，在自动聚焦操作期间，图像处理电路16可处理由SPAD像素采集的数据，以确定将感兴趣的物体聚焦所需的透镜移动(例如，透镜28的移动)的幅度和方向。图像处理电路16可以处理由SPAD像素采集的数据，以确定场景的深度图。
成像***10可为用户提供许多高级功能。例如，在计算机或高级移动电话中，可为用户提供运行用户应用的能力。为了实现这些功能，成像***可包括输入-输出设备22，诸如小键盘、按钮、输入-输出端口、操纵杆和显示器。附加的存储和处理电路，诸如易失性和非易失性存储器(例如，随机存取存储器、闪存存储器、硬盘驱动器、固态驱动器等)、微处理器、微控制器、数字信号处理器、专用集成电路和/或其它处理电路，也可包括在成像***中。
输入-输出设备22可包括与基于SPAD的半导体器件结合工作的输出设备。例如，发光部件可包括在成像***中以发射光(例如，红外线或任何其它期望类型的光)。半导体器件14可测量从物体离开的光的反射，以在LIDAR(光探测和测距)方案中测量到物体的距离。
一般来讲，可能期望硅光电倍增器(SiPM)具有靠近排列在一起的SPAD。SPAD的紧密间距可增加硅光电倍增器的光敏面积，其中相应地改善灵敏度。然而，随着SPAD变得更靠近在一起，SPAD可能变得易受串扰的影响。
当入射在第一微单元上的光子在第一微单元和相邻微单元两者上引起雪崩电流时，发生串扰。第一微单元的雪崩电流继而可以产生光子，该光子在光学串扰期间行进到相邻的第二微单元并在第二微单元中引起雪崩电流。由于动态范围减小和信号精度降低，这种类型的光学串扰通常是不期望的。
减少串扰的一种方式是减少单光子雪崩二极管的过偏压量。过偏压电压可以指偏压电压超过SPAD的击穿电压的量。击穿电压是能够施加到SPAD的不会导致二极管中的泄漏电流呈指数级增加的最大反向电压。偏压电压超过击穿电压越多(例如，过偏压电压或过偏压量越大)，SPAD变得越敏感。
图6为示出光子检测效率如何随增加过偏压而增加的曲线图。光子触发雪崩电流的总概率可称为SPAD的光子检测效率(PDE)。一般来讲，期望SPAD具有较高的PDE，因为这改善了SiPM的灵敏度和性能。增加过偏压量可导致增加PDE。图6的线性轮廓仅仅是示例性的，并且意在示出过偏压和PDE之间的一般关系。
虽然增加过偏压具有增加光子检测效率的有益效果，但增加过偏压也可能不期望地增加串扰。图7为示出串扰概率如何随增加过偏压而增加的曲线图。增加过偏压量可导致增加串扰概率(例如，第一微单元上的雪崩引起相邻微单元上的雪崩的概率)。图7的线性轮廓仅仅是示例性的，并且意在示出过偏压和串扰概率之间的一般关系。因此，如图6和图7的曲线图所示，增加过偏压可有利地增加PDE，但不期望地增加串扰。为了减小基于SPAD的半导体器件的串扰概率，可在相邻微单元之间存在电容耦合。由于电容耦合，第一微单元上的雪崩电流可能导致相邻微单元上的偏压电压降低。因此，发生串扰的机会可在相邻微单元中减少。
图8为示例性硅光电倍增器的示意图，其中在硅光电倍增器中的相邻微单元之间具有电容器。图8示出了四个示例性SPAD器件202-1、202-2、202-3和202-4(有时称为微单元202-1、202-2、202-3和202-4)。SPAD器件具有与图1和图2所示类似的结构，其中每个SPAD器件具有耦接在第一供电电压端子210(例如，接地电源电压端子)和第二供电电压端子208(例如，正电源电压端子)之间的单光子雪崩二极管和淬灭电阻器。
为了减少串扰，电容器可耦接在硅光电倍增器内的相邻SPAD之间。如图8所示，电容器232-1耦接在SPAD 202-1的节点A(例如，SPAD 202-1的阴极)和SPAD 202-2的节点B(例如，SPAD 202-2的阴极)之间。电容器232-2耦接在SPAD 202-3的阴极和SPAD 202-4的阴极之间。
SPAD 202-1和SPAD 202-2之间的电容耦合可有助于减少SPAD 202-1和SPAD 202-2之间的串扰。考虑引起SPAD 202-1中的雪崩电流的光子的示例。由于雪崩电流的淬灭，节点A将具有低于击穿电压的相应下降。由于电容器232-1的存在，节点B可具有节点B处的相关的成比例电压降。这降低了SPAD 202-2的过偏压电压，从而暂时抑制了SPAD 202-2的PDE。这减少了串扰引起SPAD202-2中的雪崩的机会。
在本文中，具有由入射光子引起的雪崩的微单元有时可被称为触发微单元、攻击微单元等。邻近触发微单元的易受来自触发微单元的串扰的影响的微单元可被称为被干扰微单元、相邻微单元等。硅光电倍增器中的SPAD之间的每个电容器可具有任何所需电容。一般来讲，较大的电容可增加被干扰微单元处由触发微单元处的雪崩引起的电压降低的量值。每个电容器的电容可大于2毫微微法拉(fF)，大于4毫微微法拉，大于6毫微微法拉，大于8毫微微法拉，大于10毫微微法拉，大于12毫微微法拉，小于2毫微微法拉，小于4毫微微法拉，小于6毫微微法拉，小于8毫微微法拉，小于10毫微微法拉，小于12毫微微法拉，介于2毫微微法拉和12毫微微法拉之间，介于6毫微微法拉和15毫微微法拉之间，介于4毫微微法拉和10毫微微法拉之间等。
图9为示出图8中节点A和节点B处的示例性电压的时序图，以示出电容器232-1如何抑制串扰。如图所示，在时间t1处，节点A和节点B两者处的电压可为V1。V1可以是5V的过偏压电压或一些其他所需过偏压电压。因为两个电压都是过偏压的，所以SPAD可具有相对高的光子检测效率。
在t2处，微单元202-2可具有由微单元202-2上的入射光子引起的雪崩。当发生雪崩时，微单元202-2的淬灭电路可用于将微单元202-2的偏压电压降低到低于击穿电压的电平。将微单元202-2的偏压电压降低到低于击穿电压会停止雪崩过程和对应雪崩电流。时序图示出了节点B电压如何响应于由入射光子引起的雪崩电流和后续淬灭而急剧下降。例如，节点B电压可降至低于击穿电压的电压V3。
同时，由于节点A和节点B之间的电容耦合，节点B处的电压降可引起节点A处的对应电压降。如图9所示，节点A电压也可在t2处下降。节点A电压不像节点B电压下降得那样多。例如，节点A电压下降到仍高于击穿电压的电压V2。然而，过偏压仍从V1减小到V2。节点A电压中的这种下降将降低微单元202-1的光子检测效率。当以这种方式减小过偏压时，微单元202-1不太可能触发雪崩。因此，由串扰引起的雪崩将不太可能发生(由于与相邻微单元中的雪崩相对应的暂时灵敏度下降)。
在对雪崩进行淬灭之后，节点A和节点B两者处的电压可增加回到初始过偏压电平。在t3处，示出了相反的情形，其中微单元202-1具有由入射光子触发的雪崩。这导致节点A处的电压降达到低于击穿电压的电压V3。节点B具有达到V2的对应电压降，从而导致在微单元202-2易受来自微单元202-1雪崩的串扰的影响的时间段期间灵敏度降低。淬灭后，电压再次恢复到V1处的初始过偏压电平。
图10示出了在微单元202-1和202-2之间形成电容器的一个例示性示例。如图10所示，微单元202-1可具有对应单光子雪崩二极管204-1，并且微单元202-2可具有对应单光子雪崩二极管204-2。SPAD 204-1可使用触点246电连接到导电层244。SPAD 204-2可使用触点246电连接到导电层242。导电层242和244可以是平面的重叠导电层。可在导电层之间形成一个或多个介电层。因此，在导电层242和244之间形成平行板电容(电容器232-1)。导电层242和244有时可被称为电容器板242和244。导电层可具有任何所需尺寸并且可为平面平行的(例如，导电层242形成在第一平面中，并且导电层244形成在平行于第一平面的第二平面中)。
导电层242可耦接到SPAD 204-2的阴极，并且导电层244可耦接到SPAD204-1的阴极。图10示出了这种类型的布置，类似于图8中的布置。然而，该示例仅为示例性的。在另一种可能的布置中，导电层242和244可电连接到SPAD的阳极。一个或多个通孔可用于在SPAD和导电层之间形成电连接。如果需要，导电层242和244可在SPAD 204-1和SPAD 204-2的不同侧上具有其他电气上分开的部分。导电层242和244的其他部分可用于在硅光电倍增器内传输信号，为硅光电倍增器提供屏蔽等。
图10的布置仅仅是示例性的。可以使用任何所需导电层或部件在微单元202-1和202-2之间形成电容器232-1。例如，在一个另选布置中，导电层242和244可以是共面的，并且电容(例如，电容器232-1)可以由两个导电层之间的边缘场形成。导电层242和244可由金属或其他所需材料形成。在一些情况下，电阻层诸如多晶硅可用于形成电容器中的一个或两个板。例如，图10中的层244可由多晶硅形成，并且图10中的层242可由金属形成(或反之亦然)。
图8至图10已经示出并讨论了其中每个微单元电容耦合到一个相邻微单元的示例。这个示例仅仅为示例性的。应当理解，微单元可电容耦合到多于一个相邻微单元，如图11和图12所示。
在图11中，每个微单元耦接到两个相邻微单元。如图所示，在微单元202-1和202-2之间形成电容器232-1。类似地，在微单元202-2和202-3之间形成电容器232-2。在这种布置的情况下，当光子触发微单元202-1或微单元202-3中的雪崩时，微单元202-2可减轻串扰。因此，改善了硅光电倍增器中的串扰减轻。可在硅光电倍增器220之上重复该模式。例如，在微单元202-4和202-5之间形成电容器232-3，并且在微单元202-5和202-6之间形成电容器232-4。
在又一个示例中，硅光电倍增器可具有电容耦合到四个附加微单元的微单元，如图12所示。微单元202-5通过电容器232-1耦接到微单元202-2，通过电容器232-2耦接到微单元202-4，通过电容器232-3耦接到微单元202-8，并且通过电容器232-4耦接到微单元202-6。如果需要，可在硅光电倍增器之上重复该模式。
这些布置仅仅是示例性的。通常，可以电容耦合任何所需数量的任何所需模式下的微单元以减少串扰。例如，可以电容耦合一组2×2微单元以减少串扰，或者可以电容耦合一组3×3微单元以减少串扰。可在相同行和相邻列中的微单元(例如，水平相邻)之间、在相同列和相邻行中的微单元(例如，竖直相邻)之间、或在相邻行和相邻列中的微单元(例如，对角地相邻)之间形成电容器。每对耦接的微单元可以通过多个金属化层耦接。如果需要，可以使用多个金属化层将多个微单元耦接在一起。
另外，耦接在微单元之间以减轻串扰的单个电容器的示例仅仅是示例性的。当在触发微单元上发生电压降时，电容器在相邻微单元上引起较小但成比例的电压降。可使用附加部件或部件的组合来代替电容器以实现该效果。例如，电阻器或其他部件(而不是电容器)可以耦接在相邻微单元之间。
根据一个实施方案，一种半导体器件可以包括：第一单光子雪崩二极管；第一淬灭电路，所述第一淬灭电路耦接到所述第一单光子雪崩二极管；第二单光子雪崩二极管；第二淬灭电路，所述第二淬灭电路耦接到所述第二单光子雪崩二极管；和电容器，所述电容器耦接在所述第一单光子雪崩二极管和所述第二单光子雪崩二极管之间。
根据另一个实施方案，所述电容器可以耦接到所述第一单光子雪崩二极管的第一阴极和所述第二单光子雪崩二极管的第二阴极。
根据另一个实施方案，所述电容器可以耦接到第一节点，所述第一节点***置在所述第一单光子雪崩二极管和所述第一淬灭电路之间，并且所述电容器可以耦接到第二节点，所述第二节点***置在所述第二单光子雪崩二极管和所述第二淬灭电路之间。
根据另一个实施方案，所述第一单光子雪崩二极管和所述第一淬灭电路可以串联耦接在第一偏压电压源端子和第二偏压电压源端子之间。
根据另一个实施方案，所述第二单光子雪崩二极管和所述第二淬灭电路可以串联耦接在所述第一偏压电压源端子和所述第二偏压电压源端子之间。
根据另一个实施方案，所述电容器可以是第一电容器，并且所述半导体器件还可以包括：第三单光子雪崩二极管；第三淬灭电路，所述第三淬灭电路耦接到所述第三单光子雪崩二极管；和第二电容器，所述第二电容器耦接在所述第一单光子雪崩二极管和所述第三单光子雪崩二极管之间。
根据另一个实施方案，所述半导体器件还可以包括：第四单光子雪崩二极管；第四淬灭电路，所述第四淬灭电路耦接到所述第四单光子雪崩二极管；第五单光子雪崩二极管；第五淬灭电路，所述第五淬灭电路耦接到所述第五单光子雪崩二极管；第三电容器，所述第三电容器耦接在所述第一单光子雪崩二极管和所述第四单光子雪崩二极管之间；和第四电容器，所述第四电容器耦接在所述第一单光子雪崩二极管和所述第五单光子雪崩二极管之间。
根据另一个实施方案，所述电容器可以包括第一重叠板和第二重叠板，所述第一重叠板和所述第二重叠板***置在所述第一单光子雪崩二极管和所述第二单光子雪崩二极管之间。
根据另一个实施方案，所述电容器的所述第一板可以电连接到所述第一单光子雪崩二极管，并且所述电容器的所述第二板可以电连接到所述第二单光子雪崩二极管。
根据另一个实施方案，所述电容器可以被配置为响应于在所述第一单光子雪崩二极管中发生雪崩而在所述第二单光子雪崩二极管处引起电压降。
根据另一个实施方案，所述第一单光子雪崩二极管可以被配置为响应于在所述第一单光子雪崩二极管中发生雪崩而经历第一电压降，并且所述电容器可以被配置为响应于所述第一电压降而在所述第二单光子雪崩二极管处引起第二电压降，以减少所述第一单光子雪崩二极管和所述第二单光子雪崩二极管之间的串扰。
根据另一个实施方案，所述第二电压降可以小于所述第一电压降。
根据一个实施方案，一种硅光电倍增器可以包括：第一微单元，所述第一微单元包括第一单光子雪崩二极管和第一淬灭电路；第二微单元，所述第二微单元包括第二单光子雪崩二极管和第二淬灭电路；和至少一个部件，所述至少一个部件耦接在所述第一微单元和所述第二微单元之间，所述至少一个部件响应于在所述第一单光子雪崩二极管中发生雪崩而在所述第二单光子雪崩二极管处引起电压降，以减轻所述第一微单元和所述第二微单元之间的串扰。
根据另一个实施方案，所述至少一个部件可以包括电容器。
根据另一个实施方案，所述电容器可以具有第一板，所述第一板耦接到所述第一单光子雪崩二极管的阴极和阳极中的选定一者，并且所述电容器可以具有第二板，所述第二板耦接到所述第二单光子雪崩二极管的阴极和阳极中的选定一者。
根据另一个实施方案，所述硅光电倍增器还可以包括：第三微单元，所述第三微单元包括第三单光子雪崩二极管和第三淬灭电路；和至少一个附加部件，所述至少一个附加部件耦接在所述第一微单元和所述第三微单元之间，所述至少一个附加部件响应于在所述第一单光子雪崩二极管中发生雪崩而在所述第三单光子雪崩二极管处引起电压降，以减轻所述第一微单元和所述第三微单元之间的串扰。
根据另一个实施方案，所述至少一个附加部件可以包括附加电容器。
根据一个实施方案，一种半导体器件可以包括：第一单光子雪崩二极管；第二单光子雪崩二极管；以及第一重叠导电层和第二重叠导电层，所述第一重叠导电层和所述第二重叠导电层形成在所述第一单光子雪崩二极管和所述第二单光子雪崩二极管之间。所述第一重叠导电层和所述第二重叠导电层可以在所述第一单光子雪崩二极管和所述第二单光子雪崩二极管之间形成平行板电容器。
根据另一个实施方案，所述第一导电层可以电连接到所述第一单光子雪崩二极管，并且所述第二导电层可以电连接到所述第二单光子雪崩二极管。
根据另一个实施方案，当雪崩导致所述第一单光子雪崩二极管的电压降低到低于击穿电压时，所述平行板电容器可以导致第二单光子雪崩二极管上的过偏压暂时减小。
前述内容仅仅是对本实用新型原理的示例性说明，并且本领域技术人员可以进行多种修改。上述实施方案可单个实施或以任意组合方式实施。

Claims (10)

1.一种半导体器件，其特征在于，包括：
第一单光子雪崩二极管；
第一淬灭电路，所述第一淬灭电路耦接到所述第一单光子雪崩二极管；
第二单光子雪崩二极管；
第二淬灭电路，所述第二淬灭电路耦接到所述第二单光子雪崩二极管；和
电容器，所述电容器耦接在所述第一单光子雪崩二极管和所述第二单光子雪崩二极管之间。
2.根据权利要求1所述的半导体器件，其中，所述电容器耦接到所述第一单光子雪崩二极管的第一阴极和所述第二单光子雪崩二极管的第二阴极。
3.根据权利要求1所述的半导体器件，其中，所述电容器耦接到第一节点，所述第一节点***置在所述第一单光子雪崩二极管和所述第一淬灭电路之间，并且其中，所述电容器耦接到第二节点，所述第二节点***置在所述第二单光子雪崩二极管和所述第二淬灭电路之间。
4.根据权利要求1所述的半导体器件，其中，所述第一单光子雪崩二极管和所述第一淬灭电路串联耦接在第一偏压电压源端子和第二偏压电压源端子之间，并且其中，所述第二单光子雪崩二极管和所述第二淬灭电路串联耦接在所述第一偏压电压源端子和所述第二偏压电压源端子之间。
5.根据权利要求1所述的半导体器件，其中，所述电容器是第一电容器，所述半导体器件还包括：
第三单光子雪崩二极管；
第三淬灭电路，所述第三淬灭电路耦接到所述第三单光子雪崩二极管；
第二电容器，所述第二电容器耦接在所述第一单光子雪崩二极管和所述第三单光子雪崩二极管之间；
第四单光子雪崩二极管；
第四淬灭电路，所述第四淬灭电路耦接到所述第四单光子雪崩二极管；
第五单光子雪崩二极管；
第五淬灭电路，所述第五淬灭电路耦接到所述第五单光子雪崩二极管；
第三电容器，所述第三电容器耦接在所述第一单光子雪崩二极管和所述第四单光子雪崩二极管之间；和
第四电容器，所述第四电容器耦接在所述第一单光子雪崩二极管和所述第五单光子雪崩二极管之间。
6.根据权利要求1所述的半导体器件，其中，所述电容器包括重叠的第一板和第二板，所述第一板和所述第二板***置在所述第一单光子雪崩二极管和所述第二单光子雪崩二极管之间，其中，所述电容器的所述第一板电连接到所述第一单光子雪崩二极管，并且其中，所述电容器的所述第二板电连接到所述第二单光子雪崩二极管。
7.根据权利要求1所述的半导体器件，其中，所述第一单光子雪崩二极管被配置为响应于在所述第一单光子雪崩二极管中发生雪崩而经历第一电压降，其中所述电容器被配置为响应于所述第一电压降而在所述第二单光子雪崩二极管处引起第二电压降，以减少所述第一单光子雪崩二极管和所述第二单光子雪崩二极管之间的串扰，并且其中所述第二电压降小于所述第一电压降。
8.一种硅光电倍增器，其特征在于，包括：
第一微单元，所述第一微单元包括第一单光子雪崩二极管和第一淬灭电路；
第二微单元，所述第二微单元包括第二单光子雪崩二极管和第二淬灭电路；和
至少一个部件，所述至少一个部件耦接在所述第一微单元和所述第二微单元之间，所述至少一个部件响应于在所述第一单光子雪崩二极管中发生雪崩而在所述第二单光子雪崩二极管处引起电压降，以减轻所述第一微单元和所述第二微单元之间的串扰。
9.根据权利要求8所述的硅光电倍增器，其中，所述至少一个部件包括电容器，所述硅光电倍增器还包括：
第三微单元，所述第三微单元包括第三单光子雪崩二极管和第三淬灭电路；和
至少一个附加部件，所述至少一个附加部件耦接在所述第一微单元和所述第三微单元之间，所述至少一个附加部件响应于在所述第一单光子雪崩二极管中发生所述雪崩而在所述第三单光子雪崩二极管处引起电压降，以减轻所述第一微单元和所述第三微单元之间的串扰，其中所述至少一个附加部件包括附加电容器。
10.一种半导体器件，其特征在于，包括：
第一单光子雪崩二极管；
第二单光子雪崩二极管；和
重叠的第一导电层和第二导电层，所述重叠的第一导电层和第二导电层形成在所述第一单光子雪崩二极管和所述第二单光子雪崩二极管之间，其中所述重叠的第一导电层和第二导电层在所述第一单光子雪崩二极管和所述第二单光子雪崩二极管之间形成平行板电容器。
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