SPADvieno fotono lavinos fotodetektorius
Kai pirmą kartą buvo pristatyti SPAD fotodetektorių jutikliai, jie daugiausia buvo naudojami aptikimo esant silpnam apšvietimui scenose. Tačiau, tobulėjant jų veikimui ir scenos reikalavimams,SPAD fotodetektoriusJutikliai vis dažniau naudojami vartotojų įrenginiuose, tokiuose kaip automobilių radarai, robotai ir nepilotuojami orlaiviai. Dėl didelio jautrumo ir mažo triukšmo lygio SPAD fotodetektorius tapo idealiu pasirinkimu norint pasiekti didelio tikslumo gylio suvokimą ir vaizdus esant silpnam apšvietimui.
Skirtingai nuo tradicinių CMOS vaizdo jutiklių (CIS), pagrįstų PN sandūromis, SPAD fotodetektoriaus pagrindinė struktūra yra Geigerio režimu veikiantis lavininis diodas. Fizinių mechanizmų požiūriu SPAD fotodetektoriaus sudėtingumas yra žymiai didesnis nei PN sandūros įtaisų. Tai daugiausia atsispindi tame, kad esant didelei atvirkštinei įtampai, yra didesnė tikimybė sukelti tokias problemas kaip nesubalansuotų krūvininkų įpurškimas, šiluminiai elektronų efektai ir tunelinės srovės, kurias skatina defektų būsenos. Dėl šių savybių kyla rimtų iššūkių projektavimo, proceso ir grandinės architektūros lygmenyse.
Bendrieji našumo parametraiSPAD lavinų fotodetektoriusapima pikselio dydį (Pixel Size), tamsos skaičiavimo triukšmą (DCR), šviesos aptikimo tikimybę (PDE), negyvąjį laiką (DeadTime) ir atsako laiką (Response Time). Šie parametrai tiesiogiai veikia SPAD lavinų fotodetektoriaus veikimą. Pavyzdžiui, tamsos skaičiavimo dažnis (DCR) yra pagrindinis parametras, apibrėžiantis detektoriaus triukšmą, o SPAD turi išlaikyti didesnį poslinkį nei pramušimas, kad veiktų kaip vieno fotono detektorius. Šviesos aptikimo tikimybė (PDE) lemia SPAD jautrumą.lavinos fotodetektoriusir yra veikiamas elektrinio lauko intensyvumo ir pasiskirstymo. Be to, „DeadTime“ yra laikas, reikalingas SPAD grįžti į pradinę būseną po suveikimo, o tai turi įtakos maksimaliam fotonų aptikimo greičiui ir dinaminiam diapazonui.
Optimizuojant SPAD įrenginių našumą, pagrindinis iššūkis yra apribojimų ryšys tarp pagrindinių našumo parametrų: pavyzdžiui, pikselių miniatiūrizavimas tiesiogiai lemia PDE slopinimą, o dėl dydžio miniatiūrizavimo atsiradusi kraštinių elektrinių laukų koncentracija taip pat sukels staigų DCR padidėjimą. Sumažinus negyvąjį laiką, atsiras triukšmas po impulso ir pablogės laiko drebėjimo tikslumas. Dabar šis pažangus sprendimas pasiekė tam tikrą bendradarbiavimo optimizavimo laipsnį, taikant tokius metodus kaip DTI / apsaugos kilpa (slopinanti tarptrinamus efektus ir mažinant DCR), pikselių optinis optimizavimas, naujų medžiagų įvedimas (SiGe lavinos sluoksnis, stiprinantis infraraudonųjų spindulių atsaką) ir trimatės sukrautos aktyviosios gesinimo grandinės.
Įrašo laikas: 2025 m. liepos 23 d.