СПАДфотодетектор за лавина со еден фотон
Кога SPAD фотодетекторските сензори беа првпат воведени, тие главно се користеа во сценарија за детекција при слаба осветленост. Меѓутоа, со еволуцијата на нивните перформанси и развојот на барањата за сцената,SPAD фотодетекторСензорите сè повеќе се применуваат во потрошувачки сценарија како што се автомобилски радари, роботи и беспилотни летала. Поради својата висока чувствителност и карактеристики на низок шум, сензорот за фотодетектор SPAD стана идеален избор за постигнување високопрецизна перцепција на длабочина и снимање при слаба осветленост.
За разлика од традиционалните CMOS сензори за слика (CIS) базирани на PN споеви, основната структура на SPAD фотодетекторот е лавинска диода што работи во Гајгеров режим. Од перспектива на физичките механизми, сложеноста на SPAD фотодетекторот е значително поголема од онаа на PN споевите. Ова главно се рефлектира во фактот дека при висок обратен спор, поголема е веројатноста да предизвика проблеми како што се вбризгување на неурамнотежени носители, термички електронски ефекти и струи на тунелирање потпомогнати од дефектни состојби. Овие карактеристики го прават соочен со сериозни предизвици на ниво на дизајн, процес и архитектура на кола.
Заеднички параметри на перформансите наSPAD фотодетектор за лавинивклучуваат големина на пиксел (Pixel Size), шум од броење на темнина (DCR), веројатност за детекција на светлина (PDE), време на мртво време (DeadTime) и време на одговор (Response Time). Овие параметри директно влијаат на перформансите на фотодетекторот за лавина SPAD. На пример, брзината на броење на темнина (DCR) е клучен параметар за дефинирање на шум од детектор, а SPAD треба да одржува пристрасност поголема од распаѓањето за да функционира како детектор со еден фотон. Веројатноста за детекција на светлина (PDE) ја одредува чувствителноста на SPAD.фотодетектор за лавинии е под влијание на интензитетот и распределбата на електричното поле. Покрај тоа, DeadTime е времето потребно SPAD да се врати во почетната состојба откако ќе биде активиран, што влијае на максималната брзина на детекција на фотони и динамичкиот опсег.
Во оптимизацијата на перформансите на SPAD уредите, ограничувачкиот однос меѓу основните параметри на перформансите е голем предизвик: на пример, минијатуризацијата на пикселите директно води до слабеење на PDE, а концентрацијата на електричните полиња на рабовите предизвикана од минијатуризацијата на големината, исто така, ќе предизвика нагло зголемување на DCR. Намалувањето на мртвото време ќе предизвика пост-импулсен шум и ќе ја влоши точноста на временското треперење. Сега, најсовременото решение постигна одреден степен на колаборативна оптимизација преку методи како што се DTI/заштитна јамка (потиснување на преслушувањето и намалување на DCR), оптичка оптимизација на пикселите, воведување на нови материјали (инфрацрвен одговор што го подобрува лавинскиот слој на SiGe) и тридимензионални кола за активно гаснење со наредени слоеви.
Време на објавување: 23 јули 2025 година