SPADjednofotonski lavinski fotodetektor
Kada su SPAD fotodetektorski senzori prvi put predstavljeni, uglavnom su se koristili u scenarijima detekcije u uslovima 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 nivoa šuma, SPAD fotodetektorski senzor postao je idealan izbor za postizanje visokoprecizne percepcije dubine i snimanja u uslovima slabog osvjetljenja.
Za razliku od tradicionalnih CMOS senzora slike (CIS) zasnovanih na PN spojevima, osnovna struktura SPAD fotodetektora je lavinska dioda koja radi u Geigerovom režimu. Sa stanovišta fizičkih mehanizama, složenost SPAD fotodetektora je znatno veća od složenosti PN spojnih uređaja. To se uglavnom ogleda u činjenici da je pod visokom obrnutom pristranošću vjerovatnije da će izazvati probleme kao što su injekcija neuravnoteženih nosilaca, termalni elektronski efekti i struje tuneliranja potpomognute defektnim stanjima. Ove karakteristike suočavaju ga sa ozbiljnim izazovima na nivou dizajna, procesa i arhitekture kola.
Uobičajeni parametri performansiSPAD fotodetektor lavinauključuju veličinu piksela (Pixel Size), šum tamnog brojanja (DCR), vjerovatnoću detekcije svjetlosti (PDE), mrtvo vrijeme (DeadTime) i vrijeme odziva (Response Time). Ovi parametri direktno utiču na performanse SPAD lavinskog fotodetektora. Na primjer, brzina tamnog brojanja (DCR) je ključni parametar za definisanje šuma detektora, a SPAD mora održavati pristranost veću od proboja da bi funkcionisao kao detektor jednog fotona. Vjerovatnoća detekcije svjetlosti (PDE) određuje osjetljivost SPAD-a.fotodetektor lavinei na njega utiču intenzitet i distribucija električnog polja. Pored toga, Mrtvo vrijeme (DeadTime) je vrijeme potrebno da se SPAD vrati u početno stanje nakon što je aktiviran, što utiče na maksimalnu brzinu detekcije fotona i dinamički opseg.
U optimizaciji performansi SPAD uređaja, odnos ograničenja između parametara osnovnih performansi predstavlja glavni izazov: na primjer, miniaturizacija piksela direktno dovodi do slabljenja parcijalnih diferencijalnih efekata (PDE), a koncentracija rubnih električnih polja uzrokovana miniaturizacijom veličine također će uzrokovati naglo povećanje DCR-a. Smanjenje mrtvog vremena će izazvati šum nakon impulsa i pogoršati tačnost vremenskog podrhtavanja. Sada je ovo najsavremenije rješenje postiglo određeni stepen kolaborativne optimizacije kroz metode 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 trodimenzionalna složena aktivna kola za gašenje.
Vrijeme objave: 23. jula 2025.