SPADjednofotónový lavínový fotodetektor
Keď boli fotodetektorové senzory SPAD prvýkrát predstavené, používali sa hlavne v scenároch detekcie pri slabom osvetlení. S vývojom ich výkonu a požiadavkami na scénu však...Fotodetektor SPADSenzory sa čoraz viac používajú v spotrebiteľských scenároch, ako sú automobilové radary, roboty a bezpilotné lietadlá. Vďaka svojej vysokej citlivosti a nízkemu šumu sa fotodetektor SPAD stal ideálnou voľbou na dosiahnutie vysoko presného vnímania hĺbky a zobrazovania pri slabom osvetlení.
Na rozdiel od tradičných obrazových snímačov CMOS (CIS) založených na PN prechodoch je jadrom štruktúry fotodetektora SPAD lavínová dióda pracujúca v Geigerovom režime. Z hľadiska fyzikálnych mechanizmov je zložitosť fotodetektora SPAD výrazne vyššia ako u zariadení s PN prechodom. To sa odráža najmä v skutočnosti, že pri vysokom reverznom predpätí je pravdepodobnejšie, že spôsobí problémy, ako je vstrekovanie nevyvážených nosičov, tepelné elektrónové efekty a tunelové prúdy podporované defektnými stavmi. Tieto vlastnosti predstavujú vážne výzvy na úrovni návrhu, procesu a architektúry obvodov.
Bežné výkonnostné parametreLavínový fotodetektor SPADPatria sem veľkosť pixelu (Pixel Size), šum tmavého počítania (DCR), pravdepodobnosť detekcie svetla (PDE), mŕtvy čas (DeadTime) a čas odozvy (Response Time). Tieto parametre priamo ovplyvňujú výkon lavínového fotodetektora SPAD. Napríklad rýchlosť počítania tmavého počítania (DCR) je kľúčovým parametrom pre definovanie šumu detektora a SPAD musí udržiavať vychýlenie vyššie ako je prieraz, aby fungoval ako detektor jedného fotónu. Pravdepodobnosť detekcie svetla (PDE) určuje citlivosť SPAD.lavínový fotodetektora je ovplyvnený intenzitou a rozložením elektrického poľa. Okrem toho je mŕtvy čas čas potrebný na to, aby sa SPAD po spustení vrátil do pôvodného stavu, čo ovplyvňuje maximálnu rýchlosť detekcie fotónov a dynamický rozsah.
Pri optimalizácii výkonu zariadení SPAD je vzťah obmedzení medzi parametrami základného výkonu hlavnou výzvou: napríklad miniaturizácia pixelov priamo vedie k útlmu PDE a koncentrácia okrajových elektrických polí spôsobená miniaturizáciou veľkosti tiež spôsobí prudký nárast DCR. Zníženie mŕtveho času vyvolá post-impulzný šum a zhorší presnosť časového jitteru. Toto špičkové riešenie teraz dosiahlo určitý stupeň kolaboratívnej optimalizácie prostredníctvom metód, ako je DTI/ochranná slučka (potlačenie presluchov a zníženie DCR), optická optimalizácia pixelov, zavedenie nových materiálov (lavínová vrstva SiGe zlepšujúca infračervenú odozvu) a trojrozmerné vrstvené aktívne zhášacie obvody.
Čas uverejnenia: 23. júla 2025