SPADsingle-photon avalanche photodetector
Noong unang ipinakilala ang mga sensor ng photodetector ng SPAD, pangunahing ginagamit ang mga ito sa mga senaryo ng low-light detection. Gayunpaman, sa ebolusyon ng kanilang pagganap at pag-unlad ng mga kinakailangan sa eksena,SPAD photodetectorAng mga sensor ay lalong ginagamit sa mga senaryo ng consumer gaya ng mga automotive radar, robot, at unmanned aerial vehicle. Dahil sa mataas na sensitivity at mababang ingay na katangian nito, naging mainam na pagpipilian ang SPAD photodetector sensor para sa pagkamit ng high-precision depth perception at low-light imaging.
Hindi tulad ng tradisyonal na CMOS image sensors (CIS) batay sa PN junctions, ang core structure ng SPAD photodetector ay isang avalanche diode na tumatakbo sa Geiger mode. Mula sa pananaw ng mga pisikal na mekanismo, ang pagiging kumplikado ng SPAD photodetector ay makabuluhang mas mataas kaysa sa mga PN junction device. Pangunahing makikita ito sa katotohanan na sa ilalim ng mataas na reverse bias, mas malamang na magdulot ito ng mga problema tulad ng pag-iniksyon ng mga hindi balanseng carrier, thermal electron effect, at tunneling currents na tinulungan ng mga depektong estado. Ang mga katangiang ito ay humaharap sa matinding hamon sa mga antas ng disenyo, proseso, at arkitektura ng circuit.
Mga karaniwang parameter ng pagganap ngSPAD avalanche photodetectorisama ang Pixel Size (Laki ng Pixel), dark count noise (DCR), light detection probability (PDE), dead Time (DeadTime), at Response time (Response Time). Ang mga parameter na ito ay direktang nakakaapekto sa pagganap ng SPAD avalanche photodetector. Halimbawa, ang dark count rate (DCR) ay isang pangunahing parameter para sa pagtukoy ng ingay ng detector, at kailangang mapanatili ng SPAD ang isang bias na mas mataas kaysa sa breakdown upang gumana bilang isang single-photon detector. Tinutukoy ng probabilidad ng light detection (PDE) ang sensitivity ng SPADavalanche photodetectorat apektado ng intensity at distribution ng electric field. Bilang karagdagan, ang DeadTime ay ang oras na kinakailangan para bumalik ang SPAD sa paunang estado nito pagkatapos ma-trigger, na nakakaapekto sa maximum na rate ng pagtuklas ng photon at dynamic na saklaw.
Sa pag-optimize ng performance ng mga SPAD device, ang constraint na relasyon sa mga pangunahing parameter ng performance ay isang malaking hamon: halimbawa, ang pixel miniaturization ay direktang humahantong sa PDE attenuation, at ang konsentrasyon ng mga gilid na electric field na dulot ng size miniaturization ay magdudulot din ng matinding pagtaas sa DCR. Ang pagbabawas ng patay na oras ay magbubunsod ng post-impulse na ingay at masisira ang katumpakan ng time jitter. Ngayon, ang cutting-edge na solusyon ay nakamit ang isang tiyak na antas ng collaborative optimization sa pamamagitan ng mga pamamaraan tulad ng DTI/ protection loop (pagpigil sa crosstalk at pagbabawas ng DCR), pixel optical optimization, pagpapakilala ng mga bagong materyales (SiGe avalanche layer enhancing infrared response), at three-dimensional stacked active quenching circuits.
Oras ng post: Hul-23-2025