SPADühe footoni laviini fotodetektor
Kui SPAD-fotodetektorsensorid esmakordselt kasutusele võeti, kasutati neid peamiselt hämaras valguses tuvastamise stsenaariumides. Nende jõudluse ja stseeninõuete arenedes agaSPAD-fotodetektorAndureid on üha enam kasutatud tarbijate stsenaariumides, näiteks autoradarites, robotites ja mehitamata õhusõidukites. Tänu oma kõrgele tundlikkusele ja madalale müratasemele on SPAD-fotodetektorist saanud ideaalne valik suure täpsusega sügavustaju ja hämaras pildistamise saavutamiseks.
Erinevalt traditsioonilistest PN-siirdel põhinevatest CMOS-pildisensoritest (CIS) on SPAD-fotodetektori põhistruktuur Geigeri režiimis töötav laviindiood. Füüsikaliste mehhanismide seisukohast on SPAD-fotodetektori keerukus oluliselt suurem kui PN-siirdega seadmetel. See peegeldub peamiselt selles, et suure vastupinge korral on suurem tõenäosus põhjustada probleeme, nagu tasakaalustamata laengukandjate süstimine, termilised elektronefektid ja defektseisunditega kaasnevad tunnelvoolud. Need omadused esitavad sellele tõsiseid väljakutseid nii disaini, protsessi kui ka vooluringi arhitektuuri tasandil.
Ühised jõudlusparameetridSPAD laviini fotodetektorNende hulka kuuluvad piksli suurus (Pixel Size), tumeloenduri müra (DCR), valguse tuvastamise tõenäosus (PDE), surnud aeg (DeadTime) ja reageerimisaeg (Response Time). Need parameetrid mõjutavad otseselt SPAD-i laviinifotodetektori jõudlust. Näiteks on tumeloenduri kiirus (DCR) detektori müra määratlemise võtmeparameeter ja SPAD peab ühe footoni detektorina toimimiseks säilitama läbilöögist kõrgema eelpinge. Valguse tuvastamise tõenäosus (PDE) määrab SPAD-i tundlikkuse.laviini fotodetektorja seda mõjutavad elektrivälja intensiivsus ja jaotus. Lisaks on surnud aeg (DeadTime) aeg, mis kulub SPAD-i algseisundisse naasmiseks pärast käivitamist, mis mõjutab maksimaalset footonite tuvastamise kiirust ja dünaamilist ulatust.
SPAD-seadmete jõudluse optimeerimisel on peamiseks väljakutseks peamiste jõudlusparameetrite vaheline piirangute seos: näiteks pikslite miniaturiseerimine viib otseselt osatuletistega diferentsiaalvõnke (PDE) sumbumiseni ning suuruse miniaturiseerimisest tingitud servade elektriväljade kontsentratsioon põhjustab samuti DCR-i järsku suurenemist. Surnud aja vähendamine kutsub esile impulsijärgse müra ja halvendab ajavärina täpsust. Nüüd on see tipptasemel lahendus saavutanud teatud määral koostööl põhineva optimeerimise selliste meetodite abil nagu DTI/kaitsesilmus (läbilaske summutamine ja DCR-i vähendamine), pikslite optiline optimeerimine, uute materjalide kasutuselevõtt (SiGe laviinkiht, mis parandab infrapunavastust) ja kolmemõõtmelised virnastatud aktiivsed summutusahelad.
Postituse aeg: 23. juuli 2025