SPAD na photodetector ng avalanche na may iisang photon

SPADphotodetector ng avalanche na may iisang photon

Noong unang ipinakilala ang mga SPAD photodetector sensor, pangunahing ginagamit ang mga ito sa mga senaryo ng pag-detect sa mababang liwanag. Gayunpaman, kasabay ng ebolusyon ng kanilang pagganap at pag-unlad ng mga kinakailangan sa eksena,SPAD photodetectorAng mga sensor ay lalong ginagamit sa mga sitwasyon ng mga mamimili tulad ng mga radar ng sasakyan, mga robot, at mga sasakyang panghimpapawid na walang tauhan. Dahil sa mataas na sensitibidad at mababang katangian ng ingay, ang SPAD photodetector sensor ay naging isang mainam na pagpipilian para sa pagkamit ng mataas na katumpakan na persepsyon ng lalim at low-light imaging.

Hindi tulad ng mga tradisyunal na CMOS image sensor (CIS) na nakabatay sa mga PN junction, ang pangunahing istruktura ng SPAD photodetector ay isang avalanche diode na gumagana sa Geiger mode. Mula sa perspektibo ng mga pisikal na mekanismo, ang pagiging kumplikado ng SPAD photodetector ay mas mataas kaysa sa mga PN junction device. Ito ay pangunahing makikita 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, mga thermal electron effect, at mga tunneling current na tinutulungan ng mga defect states. Ang mga katangiang ito ay nagpapaharap dito sa matinding mga hamon sa antas ng disenyo, proseso, at arkitektura ng circuit.

Mga karaniwang parametro ng pagganap ngSPAD avalanche photodetectorKabilang dito ang Sukat ng Pixel (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 performance ng SPAD avalanche photodetector. Halimbawa, ang dark count rate (DCR) ay isang mahalagang parameter para sa pagtukoy ng detector noise, at kailangang mapanatili ng SPAD ang bias na mas mataas kaysa sa breakdown upang gumana bilang isang single-photon detector. Ang probability of light detection (PDE) ang tumutukoy sa sensitivity ng SPAD.photodetector ng avalancheat apektado ng tindi at distribusyon ng electric field. Bukod pa rito, ang DeadTime ay ang oras na kinakailangan para makabalik ang SPAD sa orihinal nitong estado pagkatapos ma-trigger, na nakakaapekto sa pinakamataas na photon detection rate at dynamic range.

Sa pag-optimize ng performance ng mga SPAD device, ang ugnayan ng mga constraint sa pagitan ng mga core performance parameter ay isang malaking hamon: halimbawa, ang pixel miniaturization ay direktang humahantong sa PDE attenuation, at ang konsentrasyon ng mga edge electric field na dulot ng size miniaturization ay magdudulot din ng matinding pagtaas sa DCR. Ang pagbabawas ng dead time ay magdudulot ng post-impulse noise at magpapababa sa katumpakan ng time jitter. Ngayon, ang makabagong solusyon ay nakamit na ang isang tiyak na antas ng collaborative optimization sa pamamagitan ng mga pamamaraan tulad ng DTI/protection loop (pagsugpo 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.