一种单光子雪崩二极管器件、检测电路、激光雷达、制备方法、驱动方法及测距方法与流程

本技术涉及半导体，特别涉及一种单光子雪崩二极管器件、检测电路、激光雷达、制备方法、驱动方法及测距方法。

背景技术：

1、激光雷达，是以发射激光束探测目标的距离、速度等特征量的雷达系统，在自动驾驶中承担了路沿检测、障碍物识别以及实时定位与绘图等重要任务。激光雷达包括光电探测器，其中，一种光电探测器是单光子雪崩二极管(single photon avalanche diode，spad)，spad是一种工作在盖革模式下的雪崩二极管。单光子在spad中性体区或者耗尽区内产生载流子，通过扩散或者漂移运动到高电场的雪崩区，由于碰撞电离触发雪崩电流。一旦触发雪崩后，会主动或者被动淬灭，在一定时间后再次回到重置状态，以便检测下一个光子事件。从淬灭到重置的这段时间内spad 不能检测光子。

2、spad 死时间的限制，使得在一个激光发射脉冲内，只能有一个脉冲输出。随着距离缩短、光强增加，每次脉冲输出的时间越来越靠近发射光脉冲的前沿，直到最后和发射光脉冲前沿一致，此时光子检测的输出直方图的密度不再随光强变化而变化，从而无法根据直方图得到准确的信号光返回时间，进而导致激光雷达的测距线性度和精度降低。

技术实现思路

1、本技术实施例提供了一种单光子雪崩二极管器件、检测电路、激光雷达、制备方法、驱动方法及测距方法，可以提高测距线性度和精度。

2、一方面，本技术提供一种单光子雪崩二极管器件，包括：衬底；衬底包括背表面和与背表面相对的前表面；设置于前表面上的外延层；设置于外延层顶部的p型掺杂区、pn结合掺杂区和第一隔离区；其中，p型掺杂区内设置有阳极接触；pn结合掺杂区包括第一子pn结合掺杂区和第二子pn结合掺杂区，第一隔离区位于第一子pn结合掺杂区和第二子pn结合掺杂区之间；第一子pn结合掺杂区和第二子pn结合掺杂区都设置有阴极接触。

3、可选的，两个子pn结合掺杂区分别是第一子pn结合掺杂区和第二子pn结合掺杂区；每个子pn结合掺杂区包括子p型掺杂区和位于子p型掺杂区下方的子n型掺杂区。

4、可选的，第一隔离区为使用浅沟槽隔离sti过程形成的sti沟槽。

5、可选的，单光子雪崩二极管器件还包括：

6、环绕外延层设置的第二隔离区；第二隔离区为使用深沟槽隔离dti过程形成的dti沟槽。

7、可选的，第一子pn结合掺杂区的阴极接触通过第一反相器分别和或组件以及与组件连接；第二子pn结合掺杂区的阴极接触通过第二反相器分别和或组件以及与组件连接。

8、可选的，阳极接触耦接到第一电源电压端子；第一子pn结合掺杂区131的阴极接触160通过第一电阻470耦接到第二电源电压端子；第二子pn结合掺杂区132的阴极接触160通过第二电阻480耦接到第二电源电压端子。

9、另一方面，本技术提供一种单光子雪崩二极管器件的检测电路，应用于上述的单光子雪崩二极管器件，检测电路包括：第一电路，第一电路将第一子pn结合掺杂区的阴极接触通过第一反相器和或组件连接，将第二子pn结合掺杂区的阴极接触通过第二反相器和或组件连接；第二电路，第二电路将第一子pn结合掺杂区的阴极接触通过第一反相器和与组件连接，将第二子pn结合掺杂区的阴极接触通过第二反相器和与组件连接。

10、另一方面，本技术提供一种激光雷达，包括：发射单元，用于提供发射光束，发射光束被目标对象反射后形成回波光束；接收单元，用于接收回波光束，接收单元包括上述的单光子雪崩二极管器件。

11、另一方面，本技术提供一种单光子雪崩二极管器件的制备方法，包括：

12、提供衬底；衬底包括背表面和与背表面相对的前表面；在衬底的前表面形成外延层；使用sti过程在外延层远离衬底的端面上形成第一隔离区； 在外延层远离衬底的端面上形成p型掺杂区、pn结合掺杂区；pn结合掺杂区包括第一子pn结合掺杂区和第二子pn结合掺杂区，第一隔离区位于第一子pn结合掺杂区和第二子pn结合掺杂区之间； 使用dti过程形成由衬底的前表面延伸至外延层远离衬底的端面的第二隔离区；在p型掺杂区内形成阳极接触；在每个子pn结合掺杂区内形成阴极接触。

13、另一方面，本技术提供一种单光子雪崩二极管器件的驱动方法，应用于上述的单光子雪崩二极管器件，方法包括：将阳极接触耦接到第一电源电压端子；将第一子pn结合掺杂区的阴极接触和第二子pn结合掺杂区的阴极接触分别经过淬灭电阻耦接到第二电源电压端子；输出第一驱动电压至第一电源电压端子； 输出第二驱动电压至第二电源电压端子。

14、另一方面，本技术提供一种测距方法，应用于上述的单光子雪崩二极管器件的检测电路，方法包括：向目标对象发射光脉冲，并检测第一电路输出的第一检测信号和第二电路输出的第二检测信号；根据第一检测信号确定第一检测光子数据；第一检测光子数据表征多个预设时间间隔中每个预设时间间隔中第一电路检测到的光子数；根据第二检测信号确定第二检测光子数据；第二检测光子数据包括每个预设时间间隔中第二电路检测到的光子数；基于第一检测光子数据确定目标对象的第一距离信息；基于第二检测光子数据确定目标对象的第二距离信息；在第一距离信息和/或第二距离信息满足第一预设条件的情况下，将第一距离信息确定为目标距离信息；在第一距离信息和/或第二距离信息满足第二预设条件的情况下，将第二距离信息确定为目标距离信息。

15、可选的，每个预设时间间隔对应一个预设光子返回时间，基于第一检测光子数据，确定目标对象的第一距离信息，包括：基于第一检测光子数据、每个第一检测光子数据所处的预设时间间隔对应的预设光子返回时间和时间数字转换模块精度，确定目标对象的第一距离信息。

16、另一方面，本技术提供一种测距装置，应用于上述的单光子雪崩二极管器件的检测电路，装置包括：

17、发射模块，用于向目标对象发射光脉冲，并检测第一电路输出的第一检测信号和第二电路输出的第二检测信号；

18、第一确定模块，用于根据第一检测信号确定第一检测光子数据；第一检测光子数据表征多个预设时间间隔中每个预设时间间隔中第一电路检测到的光子数；

19、第二确定模块，用于根据第二检测信号确定第二检测光子数据；第二检测光子数据包括每个预设时间间隔中第二电路检测到的光子数；

20、第三确定模块，用于基于第一检测光子数据确定目标对象的第一距离信息；

21、第四确定模块，用于基于第二检测光子数据确定目标对象的第二距离信息；

22、第一距离模块，用于在第一距离信息和/或第二距离信息满足第一预设条件的情况下，将第一距离信息确定为目标距离信息；

23、第二距离模块，用于在第一距离信息和/或第二距离信息满足第二预设条件的情况下，将第二距离信息确定为目标距离信息。

24、可选的，每个预设时间间隔对应一个预设光子返回时间，第三确定模块用于：基于第一检测光子数据、每个第一检测光子数据所处的预设时间间隔对应的预设光子返回时间和时间数字转换模块精度，确定目标对象的第一距离信息。

25、本技术实施例提供的一种单光子雪崩二极管器件、检测电路、激光雷达、制备方法、驱动方法及测距方法具有如下有益效果：

26、（1）通过将单光子雪崩二极管像素器件隔离为多个子像素器件，可以保证每个子像素均可在像素淬灭电路的配合下，独立进行淬灭和复位操作，而不影响周围子像素的工作状态，从而实现分区光子检测；

27、（2）通过子像素间的逻辑与关系，降低近距离测量时单光子雪崩二极管对强光的响应，从而解决直方图饱和的状况。当测量中远距离的物体，反射光强不足时，通过子像素间的逻辑或关系，增加单光子雪崩二极管对弱光的响应度，从而恢复正常的测远功能；

28、（3）通过增加第一隔离区，以使多个第一隔离区将pn结合掺杂区分隔为多个子pn结合掺杂区，或者调整第一隔离区的位置，可以灵活地实现不同数值的等效光子检测效率；

29、（4）通过获取或门输出的检测信号得到第一距离信息，并获取与门输出的检测信号得到第二距离信息，然后结合第一距离信息和第二距离信息进行测距，并在远距离和近距离的情况下灵活采用测距结果，可以避免近距离测距精度不高的问题，同时避免远距离测距不准确的问题，从而保证近距离的测距精度和线性度以及远距离测距的准确度。