SPADfotodetector de avalanșă cu un singur foton
Când au fost introduși pentru prima dată senzorii fotodetectori SPAD, aceștia au fost utilizați în principal în scenarii de detectare a luminii slabe. Cu toate acestea, odată cu evoluția performanței lor și dezvoltarea cerințelor scenei,Fotodetector SPADSenzorii au fost aplicați din ce în ce mai mult în scenarii de consum, cum ar fi radarele auto, roboții și vehiculele aeriene fără pilot. Datorită sensibilității sale ridicate și a caracteristicilor de zgomot redus, senzorul fotodetectorului SPAD a devenit o alegere ideală pentru obținerea unei percepții de adâncime de înaltă precizie și a imaginilor în lumină slabă.
Spre deosebire de senzorii de imagine CMOS tradiționali (CIS) bazați pe joncțiuni PN, structura centrală a fotodetectorului SPAD este o diodă de avalanșă care funcționează în modul Geiger. Din perspectiva mecanismelor fizice, complexitatea fotodetectorului SPAD este semnificativ mai mare decât cea a dispozitivelor cu joncțiune PN. Acest lucru se reflectă în principal în faptul că, în condiții de polarizare inversă ridicată, este mai probabil să cauzeze probleme precum injectarea de purtători dezechilibrați, efectele termice ale electronilor și curenții de tunelare asistați de stările de defecte. Aceste caracteristici îl fac să se confrunte cu provocări severe la nivel de proiectare, proces și arhitectură a circuitelor.
Parametrii comuni de performanță aiFotodetector de avalanșă SPADinclud dimensiunea pixelului (Pixel Size), zgomotul de numărare a întunericului (DCR), probabilitatea de detectare a luminii (PDE), timpul mort (DeadTime) și timpul de răspuns (Response Time). Acești parametri afectează direct performanța fotodetectorului de avalanșă SPAD. De exemplu, rata de numărare a întunericului (DCR) este un parametru cheie pentru definirea zgomotului detectorului, iar SPAD trebuie să mențină o polarizare mai mare decât defalcarea pentru a funcționa ca un detector cu un singur foton. Probabilitatea de detectare a luminii (PDE) determină sensibilitatea SPAD.fotodetector de avalanșăși este afectat de intensitatea și distribuția câmpului electric. În plus, DeadTime este timpul necesar pentru ca SPAD-ul să revină la starea inițială după declanșare, ceea ce afectează rata maximă de detecție a fotonilor și gama dinamică.
În optimizarea performanței dispozitivelor SPAD, relația de constrângere dintre parametrii de performanță de bază reprezintă o provocare majoră: de exemplu, miniaturizarea pixelilor duce direct la atenuarea PDE, iar concentrația câmpurilor electrice de margine cauzată de miniaturizarea dimensiunii va provoca, de asemenea, o creștere bruscă a DCR. Reducerea timpului mort va induce zgomot post-impuls și va deteriora precizia jitter-ului temporal. Acum, soluția de ultimă generație a atins un anumit grad de optimizare colaborativă prin metode precum DTI/bucla de protecție (suprimarea diafoniei și reducerea DCR), optimizarea optică a pixelilor, introducerea de noi materiale (stratul de avalanșă SiGe îmbunătățește răspunsul în infraroșu) și circuite de stingere active stivuite tridimensionale.
Data publicării: 23 iulie 2025