单光子雪崩二极管（SPAD）因其具有高的灵敏度、皮秒级的时间分辨率，已成为单光子探测技术的首选器件，在近几年取得显著进展。它是一种特殊的物理器件，工作电压高于其击穿电压，当检测到光子时，探测器会产生一个脉冲信号，来描述光子的到达信息，它的反应速度非常快，所以在时间精度要求很高的测量领域是一个非常有用的技术。
南京邮电大学徐跃教授课题组近年来一直致力于单光子探测器件及应用研究，在最新出版的《半导体学报》2021年第5期上发表了题为“Compact SPAD Pixel with Fast and Accurate Photon Counting In Analog Domain”的研究论文。提出了应用于SPAD快速淬灭电路和精确光子模拟计数器，快速的淬灭电路具有极短的死区时间，可实现最大125 MHz的光子计数率，模拟计数器在8-bit的计数范围内积分非线性低于1.2 LSB，采用SMIC 0.18 μm 标准CMOS工艺在包括有效感光直径为25 μm的SPAD器件内实现了9.2%的填充系数。这项工作为实现高密度SPAD阵列集成的提供了解决思路，在基于SPAD在光子计数成像中具有应用前景。
图1. SPAD像素芯片显微照片。
Compact SPAD pixels with fast and accurate photon counting in the analog domain
Zhiqiang Ma, Zhong Wu, Yue Xu
J. Semicond. 2021, 42(5): 052402
doi:?10.1088/1674-4926/42/5/052402
Full Text: http://www.jos.ac.cn/article/doi/10.1088/1674-4926/42/5/052402?pageType=en
