SPADjednofotonový lavinový fotodetektor
Když byly fotodetektory SPAD poprvé představeny, používaly se hlavně v detekčních scénách za slabého osvětlení. S vývojem jejich výkonu a požadavků na danou scénu však...Fotodetektor SPADSenzory se stále častěji používají ve spotřebitelských aplikacích, jako jsou automobilové radary, roboti a bezpilotní letouny. Díky své vysoké citlivosti a nízkému šumu se fotodetektor SPAD stal ideální volbou pro dosažení vysoce přesného vnímání hloubky a zobrazování za slabého osvětlení.
Na rozdíl od tradičních CMOS obrazových senzorů (CIS) založených na PN přechodech je základní strukturou fotodetektoru SPAD lavinová dioda pracující v Geigerově režimu. Z hlediska fyzikálních mechanismů je složitost fotodetektoru SPAD výrazně vyšší než u zařízení s PN přechody. To se odráží hlavně ve skutečnosti, že při vysokém zpětném předpětí je pravděpodobnější, že způsobí problémy, jako je injektování nevyvážených nosičů náboje, tepelné elektronové efekty a tunelové proudy podporované defektními stavy. Tyto vlastnosti ho činí vážnými výzvami na úrovni návrhu, procesu a architektury obvodů.
Běžné výkonnostní parametryLavinový fotodetektor SPADPatří mezi ně velikost pixelu (Pixel Size), šum tmavého počítání (DCR), pravděpodobnost detekce světla (PDE), mrtvý čas (DeadTime) a doba odezvy (Response Time). Tyto parametry přímo ovlivňují výkon lavinového fotodetektoru SPAD. Například rychlost počítání tmavého počítání (DCR) je klíčovým parametrem pro definování šumu detektoru a SPAD musí udržovat zkreslení vyšší než průrazné, aby fungoval jako detektor jednotlivých fotonů. Pravděpodobnost detekce světla (PDE) určuje citlivost SPAD.lavinový fotodetektora je ovlivněn intenzitou a rozložením elektrického pole. Kromě toho je Mrtvý čas (DeadTime) doba potřebná k návratu SPAD do počátečního stavu po spuštění, což ovlivňuje maximální rychlost detekce fotonů a dynamický rozsah.
Při optimalizaci výkonu zařízení SPAD je vztah omezení mezi parametry základního výkonu velkou výzvou: například miniaturizace pixelů přímo vede k útlumu parciálních diferenciálních rovnic (PDE) a koncentrace okrajových elektrických polí způsobená miniaturizací velikosti také způsobí prudký nárůst DCR. Zkrácení mrtvého času vyvolá šum po impulsu a zhorší přesnost časového jitteru. Toto špičkové řešení nyní dosáhlo určitého stupně kolaborativní optimalizace prostřednictvím metod, jako je DTI/ochranná smyčka (potlačení přeslechů a snížení DCR), optická optimalizace pixelů, zavedení nových materiálů (lavinová vrstva SiGe zesilující infračervenou odezvu) a trojrozměrné vrstvené aktivní zhášecí obvody.
Čas zveřejnění: 23. července 2025