SPADоднофотонний лавинний фотодетектор
Коли вперше були представлені фотодетекторні датчики SPAD, вони в основному використовувалися в умовах низької освітленості. Однак, з розвитком їхньої продуктивності та вимог до сцен,Фотодетектор SPADДатчики все частіше застосовуються в споживчих сценаріях, таких як автомобільні радари, роботи та безпілотні літальні апарати. Завдяки високій чутливості та низькому рівню шуму, фотодетектор SPAD став ідеальним вибором для досягнення високоточної глибинної зйомки та отримання зображень за умов слабкого освітлення.
На відміну від традиційних КМОП-датчиків зображення (КІС) на основі PN-переходів, основна структура фотодетектора SPAD являє собою лавинний діод, що працює в режимі Гейгера. З точки зору фізичних механізмів, складність фотодетектора SPAD значно вища, ніж у пристроїв з PN-переходом. Це головним чином відображається в тому, що за високого зворотного зміщення він більш схильний викликати такі проблеми, як інжекція незбалансованих носіїв заряду, теплові електронні ефекти та тунельні струми, що сприяють дефектним станам. Ці характеристики стикаються з серйозними труднощами на рівнях проектування, процесу та схемної архітектури.
Загальні параметри продуктивностіЛавинний фотодетектор SPADвключають розмір пікселя (Pixel Size), шум темряви (DCR), ймовірність виявлення світла (PDE), мертвий час (DeadTime) та час відгуку (Response Time). Ці параметри безпосередньо впливають на продуктивність лавинного фотодетектора SPAD. Наприклад, швидкість темряви (DCR) є ключовим параметром для визначення шуму детектора, і SPAD повинен підтримувати зміщення вище, ніж пробій, щоб функціонувати як однофотонний детектор. Ймовірність виявлення світла (PDE) визначає чутливість SPAD.лавинний фотодетекторі залежить від інтенсивності та розподілу електричного поля. Крім того, DeadTime (Час затримки) – це час, необхідний для повернення SPAD до початкового стану після спрацьовування, що впливає на максимальну швидкість виявлення фотонів та динамічний діапазон.
В оптимізації продуктивності пристроїв SPAD, зв'язок обмежень між основними параметрами продуктивності є серйозною проблемою: наприклад, мініатюризація пікселів безпосередньо призводить до затухання в диференціальних розподілених частинах (ДПЧ), а концентрація крайових електричних полів, спричинена мініатюризацією розміру, також спричиняє різке збільшення DCR. Зменшення мертвого часу призведе до появи постімпульсного шуму та погіршення точності часового тремтіння. Зараз передове рішення досягло певного ступеня спільної оптимізації за допомогою таких методів, як DTI/контур захисту (придушення перехресних перешкод та зменшення DCR), оптимізація оптики пікселів, впровадження нових матеріалів (лавинний шар SiGe, що посилює інфрачервону характеристику) та тривимірні багатошарові схеми активного гасіння.
Час публікації: 23 липня 2025 р.