本发明整体涉及成像系统，并且更具体地，涉及半导体器件及其形成方法。
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。
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灵敏度，有时可在成像系统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。
本文所述的实施方案就是在这种背景下出现的。
技术实现要素：
根据第一方面，提供了一种半导体器件。该半导体器件包括微单元阵列，该微单元阵列中的每个微单元包括：单光子雪崩二极管；和覆盖单光子雪崩二极管的微透镜，其中微透镜具有厚度、长度和宽度，并且其中长度与宽度的比率大于1。
根据第二方面，提供了一种半导体器件。该半导体器件包括：微单元阵列，其中微单元阵列中的第一微单元具有大于2:1的纵横比，并且其中第一微单元包括：单光子雪崩二极管；和覆盖单光子雪崩二极管的微透镜。
根据第三方面，提供了一种形成半导体器件的方法。该方法包括在半导体衬底中形成单光子雪崩二极管，其中单光子雪崩二极管被布置成非正方形的矩形微单元阵列；在单光子雪崩二极管上方图案化微透镜材料；以及使微透镜材料回流以形成多个非正方形的矩形微透镜。
附图说明
图1为根据一个实施方案的示出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图示。
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图示。
图5为根据实施方案的包括基于spad的半导体器件的示例性成像系统的示意图。
图6为根据实施方案的具有正方形微单元的示例性基于spad的半导体器件的俯视图。
图7为根据实施方案的示出形成具有图6的正方形微单元的基于spad的半导体器件的例示性方法的横截面侧视图。
图8为根据实施方案的具有非正方形的矩形微单元的示例性基于spad的半导体器件的俯视图。
图9为根据实施方案的示出形成具有图8的非正方形的矩形微单元的基于spad的半导体器件的例示性方法的横截面侧视图。
图10为根据实施方案的示出具有透镜的示例性成像系统的侧视图,该透镜将光聚焦到具有非正方形的矩形微单元的基于spad的半导体器件上。
图11为根据实施方案的示出用于形成具有非正方形的矩形微单元的基于spad的半导体器件的示例性方法步骤的流程图。
具体实施方式
本发明的实施方案涉及包括单光子雪崩二极管(spad)的成像系统。
一些成像系统包括图像传感器，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)器件中，光子检测原理不同。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置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)，该光子飞行时间可用于获得场景的三维图像。
图1是示例性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串联耦接在第一电源电压端子210(例如，接地电源电压端子)和第二电源电压端子208(例如，正电源电压端子)之间的spad204。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spad204。包括与淬灭电阻器206串联连接的spad204的spad器件202有时统称为光触发单元或“微单元”。在spad器件202的操作期间，电源电压端子208和210可用于将spad204偏置到高于击穿电压的电压(例如，将偏置电压vbias施加到端子208)。击穿电压是能够施加到spad204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spad204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spad204的偏置电压降低到低于击穿电压的水平。将spad204的偏置电压降低到低于击穿电压将停止雪崩过程和对应的雪崩电流。有多种方法来形成淬灭电路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可包括在第一电源电压端子208和第二电源电压端子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像素的成像系统的动态范围。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的示例仅是示例性的，其中所述多个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系统而言，成像系统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，单成像系统中的spad像素可具有逐个像素读出能力。另选地，可在成像系统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，sipm30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spad33的雪崩信号的快速读出。当spad33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系统10。成像系统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。成像系统10可以是车辆上的成像系统(有时称为车载成像系统)。成像系统可用于lidar应用。
成像系统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可任选地包括附加的电路，诸如逻辑门、数字计数器、时间数字转换器、偏置电路(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、模数(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，以确定将感兴趣的对象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。
成像系统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，成像系统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，也可包括在成像系统中。
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(诸如激光器)可包括在成像系统中以发射光(例如，红外线或任何其他期望类型的光)。半导体器件14可测量从对象的光反射，以在lidar(光检测和测距)方案中测量到对象的距离。
图6是示出正方形spad器件202(有时称为微单元202)的布置的俯视图。微单元202可以是硅光电倍增器的一部分。硅光电倍增器可任选地为硅光电倍增器阵列的一部分。
每个微单元202可以被相应的微透镜222覆盖。微透镜可将光聚焦到微单元202的二极管上。在图6中，每个微单元202可以是具有宽度224和长度226的正方形。宽度224等于长度226。因此，微透镜222可以是圆形的(其宽度也等于其长度)。圆形的微透镜222的示例仅仅是例示性的。微透镜可具有带有圆角的平坦侧面、其他复杂形状等。一般来讲，微透镜的基部将具有与微单元的尺寸大致相同的尺寸。
微透镜222可通过将材料层图案化到包括spad的半导体衬底上来形成。图7是示出形成微透镜222的例示性方法的截面侧视图。如图7所示，在步骤302处，可在单光子雪崩二极管204上方的半导体衬底232上形成微透镜材料222-m。半导体衬底232可由硅或另外的所需半导体材料形成。
微透镜材料222-m可通过以下方式形成：在整个半导体衬底上以均匀厚度沉积材料层，然后将该层图案化(例如，使用光刻法或另一种期望的图案化技术)以在每个spad204上方具有离散部分。微透镜材料可以是丙烯酸或任何其他所需材料。
微透镜材料222-m具有宽度224和厚度228。制造限制可限制微透镜材料的最大允许厚度228。在步骤304处，可执行回流以熔化微透镜材料222-m来形成微透镜222。
随着微透镜材料222-m的宽度224与厚度228的比率增加，形成具有所需曲率的微透镜的回流工艺可能变得不那么有效。例如，在图7的示例中，宽度224(w)与厚度228(h)的比率可为3比1。在这样高的比率下，在回流期间可能无法形成具有球形上表面的微透镜。如图7中的步骤304所示，微透镜222的上表面具有平面部分230，而不是连续弯曲的上表面(这可能是最佳透镜化焦度所需的)。
因此，随着(步骤302中的微透镜材料的)宽度与厚度的比率增大，微透镜的透镜化焦度变得不那么有效。如前所述，微透镜材料的厚度可通过制造限制来固定。这意味着可利用弯曲的上表面实现的微透镜的宽度是有限的。
考虑其中微透镜材料222-m具有6微米的最大厚度的示例。对于6微米的固定厚度，产生具有所需曲率的微透镜222的微透镜材料222-m的最大宽度224可以是15微米。换句话讲，在小于15微米的宽度下，微透镜在回流之后可具有所需曲率。同时，在大于15微米的宽度下，微透镜在回流之后将具有平坦的上表面部分(如图7所示)。因此，给定了图6和图7中的微单元202的正方形布置，微单元的最大尺寸(在具有所需形状的微单元的情况下)可为15微米×15微米。应当指出的是，该示例的尺寸仅是例示性的。
在一些应用中，可能期望具有大于上述设计约束所允许的微单元。例如，具有在其上表面处具有所需曲率的微透镜的正方形微单元的最大面积为225平方微米(15微米×15微米)。将正方形微单元的面积增加到超过该点将导致微透镜缺少所需的透镜化焦度。
为了允许增加微单元的面积，同时保持微透镜中的所需透镜特性，可以使用具有矩形微透镜的矩形微单元。
图8是示出各种spad器件202(有时称为微单元202)的布置的俯视图。微单元202可以是硅光电倍增器的一部分。硅光电倍增器可任选地为硅光电倍增器阵列的一部分。
每个微单元202可以被相应的微透镜222覆盖。微透镜可将光聚焦到微单元202的二极管上。在图8中，每个微单元202可以是具有宽度224和长度226的非正方形的矩形。宽度224小于长度226。因此，微透镜222也可以是非正方形的矩形(具有小于其长度的宽度)。由微透镜222覆盖的spad也可以是非正方形的矩形(具有小于其长度的宽度)。
每个微透镜222(以及对应的微单元202和spad204)的纵横比可以是长度(例如，当从上方观察时两个维度中的较长维度)与宽度(例如，当从上方观察时两个维度中的较小维度)的比率。微透镜222(以及对应的微单元202和spad204)的纵横比大于1:1。微透镜222、微单元202和spad204的纵横比可以大于2:1、大于3:1、大于4:1、大于5:1、大于8:1、大于10:1、小于2:1、小于3:1、小于4:1、小于5:1、小于8:1、小于10:1、介于2:1和10:1之间、介于3:1和8:1之间、介于3:1和10:1之间、介于2:1和8:1之间，或任何其他期望的纵横比。微单元、spad和微透镜的纵横比可大致相同(例如，在20％内、在10％内、在5％内、在1％内等)。
每个微单元、spad和微透镜的宽度(例如，图8中的宽度224)可大于3微米、大于5微米、大于8微米、大于10微米、大于20微米、大于30微米、大于50微米、小于5微米、小于8微米、小于10微米、小于20微米、小于30微米、小于50微米、介于5微米和20微米之间、介于8微米和30微米之间、介于5微米和30微米之间等。每个微单元、spad和微透镜的长度(例如，图8中的长度226)可大于10微米、大于15微米、大于18微米、大于20微米、大于50微米、大于100微米、大于200微米、大于220微米、大于300微米、小于15微米、小于18微米、小于20微米、小于50微米、小于100微米、小于200微米、小于220微米、小于300微米、介于15微米和200微米之间、介于18微米和220微米之间、介于15微米和220微米之间等。
微透镜222可通过将材料层图案化到包括spad的半导体衬底上来形成。
图9是示出形成微透镜222的例示性方法的截面侧视图。如图9所示，在步骤402处，可在单光子雪崩二极管204上方的半导体衬底232上形成微透镜材料222-m。微透镜材料222-m的离散部分可形成在每个对应的spad204上方。半导体衬底232可由硅或另外的所需半导体材料形成。
微透镜材料222-m可通过以下方式形成：在整个半导体衬底上以均匀厚度沉积材料层，然后将该层图案化(例如，使用光刻法或另一种期望的图案化技术)以在每个spad204上方具有离散部分。微透镜材料可以是丙烯酸或任何其他所需材料。
微透镜材料222-m具有宽度224和厚度228。由于spad和对应微透镜的非正方形的矩形形状，宽度224与厚度228的比率可减小而不牺牲总微单元面积。例如，在图9中，宽度224与厚度228的比率可为2:1。在步骤404处，可执行回流以熔化微透镜材料222-m来形成微透镜222。由于宽度与厚度的比率足够低，因此微透镜222在回流之后具有期望的弯曲上表面236。
微透镜可在x方向上具有曲率，并且因此可聚焦沿x维度传播的光。由于细长的矩形形状，微透镜在y方向上可几乎不具有曲率。然而，以这种方式牺牲y方向上的曲率允许微单元在y方向上几乎没有长度限制。因此，矩形微单元可以具有期望的表面积，同时仍然用弯曲的微透镜在x方向上聚焦光。微透镜有时可被描述为具有圆柱形状。x方向上的曲率可大于y方向上的曲率(例如，x方向上的曲率半径可小于y方向上的曲率半径)。微透镜的上表面的超过10％或任何其他所需百分比(例如，大于5％、大于25％、大于50％、大于75％等)可在y方向上为平面的。
与对应的正方形微透镜相比，总面积与正方形微透镜相同的矩形微透镜在短轴(x)方向上将具有更好的透镜化。使用具有矩形微透镜的矩形微单元还可以减少长轴(y)方向上的入射角依赖性。
图10是具有透镜28的例示性成像系统的横截面侧视图，该透镜将光52聚焦到基于spad的半导体器件14上。基于spad的半导体器件14可包括图8和图9所示类型的非正方形的矩形微单元(和非正方形的矩形微透镜/spad)。图10中的微单元在y方向上是细长的(类似于图8和图9中的微单元)并且在x方向上具有曲率。使用在y方向上细长的微透镜将使成像系统对在y方向上的照明入射角的依赖性最小化。入射在透镜28上的光可以一定角度范围聚焦在基于spad的半导体器件14上，该角度范围这取决于入射光与透镜中心的距离。因此，最小化对入射角的依赖性有利于补偿入射光角度中的该范围。
图11是示出用于形成具有图8和图9所示类型的矩形微透镜的基于spad的半导体器件的例示性方法步骤的流程图。在步骤502处，可形成基于spad的半导体器件(例如，spad阵列)，其中每个spad(和对应的微单元)具有大于1的纵横比。单光子雪崩二极管可形成在半导体衬底中。
在步骤504处，微透镜材料可在每个微单元上方图案化。微透镜材料可通过将材料层旋涂到半导体衬底上(例如，以均匀的厚度)来沉积。然后可在每个微单元上对微透镜材料进行图案化。在一种布置中，每个微单元可以具有微透镜材料的相应离散部分。在另一种布置中，微透镜材料条带可以形成在微单元的列上方。考虑图8和图9的示例，微透镜材料可被图案化成在y方向上延伸的条带。换句话讲，由于在y方向上不存在微透镜曲率，因此可省略在y方向上的微透镜材料之间的间隙。随后被图案化的旋涂材料层的示例仅仅是例示性的。通常，可以使用任何所需的方法来沉积微透镜材料并对其进行图案化。
在步骤506，可使图案化的微透镜材料回流以形成纵横比大于1的微透镜。回流操作可包括加热微透镜材料使其温度超过其熔点，使得微透镜材料从固体转变为液体。一旦处于液体形式，就会在微透镜材料中发生弯曲(例如，由于表面张力)。在微透镜材料具有所需曲率之后，可以冷却微透镜材料以使微透镜固化成所需形状。微透镜可在一个方向上(例如，沿着图8和图9中的x维度)具有曲率，并且在第二正交方向上(例如，沿着图8和图9中的y维度)可不具有曲率。
根据一个实施方案，一种半导体器件可以包括微单元阵列，并且该微单元阵列中的每个微单元可以包括单光子雪崩二极管和覆盖该单光子雪崩二极管的微透镜。该微透镜可具有厚度、长度和宽度，并且长度与宽度的比率可大于1。
根据另一个实施方案，该比率可大于2:1。
根据另一个实施方案，该比率可介于2:1和10:1之间。
根据另一个实施方案，微透镜可具有沿着宽度弯曲的上表面。
根据另一个实施方案，微透镜的上表面可具有沿着长度比沿着宽度更小的曲率。
根据另一个实施方案，该宽度可介于5微米和30微米之间。
根据另一个实施方案，该长度可介于15微米和220微米之间。
根据另一个实施方案，每个微单元还可包括耦接到单光子雪崩二极管的淬火电路。
根据一个实施方案，一种半导体器件可包括微单元阵列，该微单元阵列中的第一微单元可以具有大于2:1的纵横比，并且第一微单元可包括单光子雪崩二极管和覆盖该单光子雪崩二极管的微透镜。
根据另一个实施方案，该纵横比可介于2:1和10:1之间。
根据另一个实施方案，该微单元具有宽度和长于该宽度的长度，该微透镜可具有平行于该宽度的第一维度和平行于该长度的第二维度，并且该微透镜可具有沿着该第一维度弯曲的上表面。
根据另一个实施方案，该微透镜的上表面可具有沿着第二维度比沿着第一维度更小的曲率。
根据另一个实施方案，该宽度可介于5微米和30微米之间。
根据另一个实施方案，该长度可介于15微米和220微米之间。
根据另一个实施方案，该第一微单元还可包括耦接到单光子雪崩二极管的淬火电路。
根据另一个实施方案，该单光子雪崩二极管可以是非正方形的矩形单光子雪崩二极管。
根据一个实施方案，一种形成半导体器件的方法可包括：在半导体衬底中形成单光子雪崩二极管，其中该单光子雪崩二极管被布置成非正方形的矩形微单元阵列；在该单光子雪崩二极管上方图案化微透镜材料；以及使该微透镜材料回流以形成多个非正方形的矩形微透镜。
根据另一个实施方案，在该单光子雪崩二极管上方图案化微透镜材料可包括在该单光子雪崩二极管上方沉积具有均匀厚度的材料层，以及图案化该材料层。
根据另一个实施方案，在该单光子雪崩二极管上方沉积材料层可包括旋涂该材料层。
根据另一个实施方案，该微透镜材料可包含丙烯酸。
前述内容仅仅是对本发明原理的例示性说明，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。
1.一种半导体器件，其特征在于，所述半导体器件包括微单元阵列，其中所述微单元阵列中的每个微单元包括：
单光子雪崩二极管；和
覆盖所述单光子雪崩二极管的微透镜，其中所述微透镜具有厚度、长度和宽度，并且其中所述长度与所述宽度的比率大于1。
2.根据权利要求1所述的半导体器件，其中，所述比率大于2:1。
3.根据权利要求1所述的半导体器件，其中，所述比率介于2:1和10:1之间。
4.根据权利要求1所述的半导体器件，其中，所述微透镜具有沿着所述宽度弯曲的上表面。
5.根据权利要求4所述的半导体器件，其中，所述微透镜的所述上表面具有沿着所述长度比沿着所述宽度更小的曲率。
6.根据权利要求4所述的半导体器件，其中，所述宽度介于5微米和30微米之间，并且其中所述长度介于15微米和220微米之间。
7.根据权利要求1所述的半导体器件，其中，每个微单元还包括：
耦接到所述单光子雪崩二极管的淬灭电路。
8.一种半导体器件，其特征在于，所述半导体器件包括：
微单元阵列，其中所述微单元阵列中的第一微单元具有大于2:1的纵横比，并且其中所述第一微单元包括：
单光子雪崩二极管；和
覆盖所述单光子雪崩二极管的微透镜。
9.根据权利要求8所述的半导体器件，其中，所述纵横比介于2:1和10:1之间，其中所述微单元具有宽度和长于所述宽度的长度，其中所述微透镜具有平行于所述宽度的第一维度和平行于所述长度的第二维度，并且其中所述微透镜具有沿着所述第一维度弯曲的上表面，其中所述微透镜的所述上表面具有沿着所述第二维度比沿着所述第一维度更小的曲率，其中所述宽度介于5微米和30微米之间，并且其中所述长度介于15微米和220微米之间。
10.一种形成半导体器件的方法，其特征在于，所述方法包括：
在半导体衬底中形成单光子雪崩二极管，其中所述单光子雪崩二极管被布置成非正方形的矩形微单元阵列；
在所述单光子雪崩二极管上方图案化微透镜材料；以及
使所述微透镜材料回流以形成多个非正方形的矩形微透镜。
技术总结