Conception de matrices de diodes avalanche ?? photon unique sur circuits int??gr??s CMOS 3D

• Main Author: B??rub??, Beno??t-Louis
• Other Authors: Charlebois, Serge
• Language: French
• Published: Universit?? de Sherbrooke 2014
• Subjects: Photodiodes; Photodiodes avalanche; Photodiodes avalanche ?? photon unique; Probabilit?? de photod??tection; Taux de comptage en obscurit??; Afterpulsing; Diaphonie et r??solution temporelle
• Online Access: http://savoirs.usherbrooke.ca/handle/11143/92

La photod??tection est un sujet de recherche tr??s actif encore de nos jours et l???industrie, particuli??rement de la physique des hautes ??nergies et de l???imagerie m??dicale, est en qu??te de d??tecteurs avec une plus grande sensibilit??, de meilleures r??solutions temporelles et une plus grande densit?? d???int??gration. Pour ces raisons, les photodiodes avalanche ?? photon unique (Single photon avalanche diode, ou SPAD) suscitent beaucoup d???int??r??t depuis quelques ann??es pour ses performances en temps et sa grande photosensibilit??. Les SPAD sont des photodiodes avalanche op??r??es au-dessus de la tension de claquage et un photoporteur atteignant la r??gion de multiplication peut ?? lui seul d??clencher une avalanche soutenue de porteurs et entra??ner le claquage de la jonction. Un circuit d??tecte le courant divergent et l?????touffe en abaissant la polarisation de la jonction sous la tension de claquage. Le circuit recharge ensuite la jonction en r??appliquant la tension initiale permettant la d??tection d???un nouveau photon. Dans le but d???augmenter le nombre de photons simultan??s d??tectables, les SPAD s???int??grent en matrice. Cependant, dans le cas o?? une matrice de SPAD et leurs circuits d?????touffement s???int??grent sur le m??me substrat, la surface photosensible devient limit??e par l???espace qu???occupent les circuits d?????touffement. Dans le but d???augmenter leur r??gion photosensible, les matrices de SPAD peuvent s???int??grer en trois dimensions (3D) avec leurs circuits d?????touffement. Ce projet porte sur le d??veloppement de matrices de SPAD en technologie CMOS HV 0,8 ??m de Teledyne DALSA d??di??es ?? une int??gration 3D avec leurs circuits d?????touffement actifs. Les r??sultats de caract??risation montrent que les SPAD atteignent une r??solution temporelle de 27 ps largeur ?? mi hauteur (LMH), poss??dent un taux de comptage en obscurit?? (DCR, ou Dark Count Rate) de 3 s[indice sup??rieur -1]??m[indice sup??rieur -2] et ont une probabilit?? de photod??tection (PDP) de 49 %. De plus, une m??thode d???isolation utilisant un puits p a ??t?? d??velopp??e. Les SPAD con??us avec cette m??thode ont un facteur de remplissage pouvant atteindre 54 % et une probabilit?? de diaphonie de 6,6 % ?? une tension exc??dentaire ?? la tension de claquage (V[indice inf??rieur E]) de 4 V.