СПАДоднофотонный лавинный фотодетектор
Когда фотодетекторы SPAD впервые появились, они в основном использовались для обнаружения объектов в условиях низкой освещенности. Однако, с развитием их характеристик и изменением требований к сценам,Фотодетектор СПАДДатчики всё чаще применяются в потребительских приложениях, таких как автомобильные радары, роботы и беспилотные летательные аппараты. Благодаря высокой чувствительности и низкому уровню шума, фотодетектор SPAD стал идеальным выбором для достижения высокоточного восприятия глубины и получения изображений в условиях низкой освещённости.
В отличие от традиционных КМОП-датчиков изображения (CIS), основанных на p-n-переходах, ядром SPAD-фотодетектора является лавинный диод, работающий в режиме Гейгера. С точки зрения физических механизмов, сложность SPAD-фотодетектора значительно выше, чем у устройств на p-n-переходах. Это, главным образом, отражается в том, что при высоком обратном смещении повышается вероятность возникновения таких проблем, как инжекция несбалансированных носителей, термоэлектронные эффекты и туннельные токи, обусловленные дефектными состояниями. Эти характеристики ставят перед ним серьёзные задачи на уровне проектирования, технологического процесса и архитектуры схем.
Общие параметры производительностилавинный фотодетектор SPADК ним относятся размер пикселя (Pixel Size), шум темного счета (DCR), вероятность обнаружения света (PDE), мертвое время (DeadTime) и время отклика (Response Time). Эти параметры напрямую влияют на характеристики лавинного фотодетектора SPAD. Например, скорость темного счета (DCR) является ключевым параметром, определяющим шум детектора, и SPAD должен поддерживать смещение выше пробивного, чтобы функционировать как детектор одиночных фотонов. Вероятность обнаружения света (PDE) определяет чувствительность SPAD.лавинный фотодетектори зависит от интенсивности и распределения электрического поля. Кроме того, DeadTime — это время, необходимое для возврата SPAD в исходное состояние после срабатывания, что влияет на максимальную скорость обнаружения фотонов и динамический диапазон.
При оптимизации производительности устройств SPAD серьёзной проблемой является соотношение ограничений между основными параметрами производительности: например, миниатюризация пикселей напрямую приводит к затуханию PDE, а концентрация краевых электрических полей, вызванная миниатюризацией, также приводит к резкому увеличению DCR. Уменьшение мёртвого времени приводит к появлению постимпульсного шума и снижению точности измерения джиттера времени. В настоящее время передовое решение достигло определённой степени совместной оптимизации благодаря таким методам, как DTI/защитный контур (подавление перекрёстных помех и снижение DCR), оптимизация оптики пикселей, внедрение новых материалов (лавинный слой SiGe, улучшающий инфракрасный отклик) и трёхмерные многослойные схемы активного гашения.
Время публикации: 23 июля 2025 г.