SPADjednofotonski lavinski fotodetektor
Kada su SPAD fotodetektorski senzori prvi put predstavljeni, uglavnom su se koristili u scenarijima detekcije u uvjetima slabog osvjetljenja. Međutim, s razvojem njihovih performansi i razvojem zahtjeva scene,SPAD fotodetektorSenzori se sve više primjenjuju u potrošačkim scenarijima kao što su automobilski radari, roboti i bespilotne letjelice. Zbog svoje visoke osjetljivosti i niskog šuma, SPAD fotodetektorski senzor postao je idealan izbor za postizanje visokoprecizne percepcije dubine i snimanja u uvjetima slabog osvjetljenja.
Za razliku od tradicionalnih CMOS senzora slike (CIS) temeljenih na PN spojevima, osnovna struktura SPAD fotodetektora je lavinska dioda koja radi u Geigerovom načinu rada. S gledišta fizičkih mehanizama, složenost SPAD fotodetektora je znatno veća od složenosti PN spojnih uređaja. To se uglavnom odražava u činjenici da je pod visokom obrnutom pristranošću vjerojatnije da će uzrokovati probleme poput ubrizgavanja neuravnoteženih nositelja, toplinskih elektronskih efekata i tunelskih struja potpomognutih defektnim stanjima. Ove karakteristike suočavaju ga s ozbiljnim izazovima na razini dizajna, procesa i arhitekture sklopa.
Uobičajeni parametri performansiSPAD lavinski fotodetektoruključuju veličinu piksela (Pixel Size), šum tamnog brojanja (DCR), vjerojatnost detekcije svjetla (PDE), mrtvo vrijeme (DeadTime) i vrijeme odziva (Response Time). Ovi parametri izravno utječu na performanse SPAD lavinskog fotodetektora. Na primjer, brzina tamnog brojanja (DCR) ključni je parametar za definiranje šuma detektora, a SPAD mora održavati pristranost veću od proboja kako bi funkcionirao kao detektor jednog fotona. Vjerojatnost detekcije svjetla (PDE) određuje osjetljivost SPAD-afotodetektor lavinai na njega utječu intenzitet i raspodjela električnog polja. Osim toga, DeadTime je vrijeme potrebno da se SPAD vrati u početno stanje nakon što je aktiviran, što utječe na maksimalnu brzinu detekcije fotona i dinamički raspon.
U optimizaciji performansi SPAD uređaja, odnos ograničenja među parametrima osnovnih performansi predstavlja glavni izazov: na primjer, miniaturizacija piksela izravno dovodi do slabljenja parcijalne diferencijalne ravnoteže (PDE), a koncentracija rubnih električnih polja uzrokovana miniaturizacijom veličine također će uzrokovati nagli porast DCR-a. Smanjenje mrtvog vremena inducirat će šum nakon impulsa i pogoršati točnost vremenskog podrhtavanja. Sada je vrhunsko rješenje postiglo određeni stupanj kolaborativne optimizacije putem metoda kao što su DTI/zaštitna petlja (suzbijanje preslušavanja i smanjenje DCR-a), optička optimizacija piksela, uvođenje novih materijala (SiGe lavinski sloj koji poboljšava infracrveni odziv) i trodimenzionalni složeni aktivni krugovi za gašenje.
Vrijeme objave: 23. srpnja 2025.