СПАДоднофотонный лавинный фотодетектор
Когда фотодетекторы SPAD были впервые представлены, они в основном использовались в условиях низкой освещенности. Однако с развитием их характеристик и изменением требований к условиям съемки,Фотодетектор SPADДатчики все чаще находят применение 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 высокоточной оценки глубины и получения изображений в условиях низкой освещенности.
В отличие от традиционных КМОП-датчиков изображения (CIS), основанных на PN-переходах, в основе фотодетектора SPAD лежит лавинный диод, работающий в режиме Гейгера. С точки зрения физических механизмов, сложность фотодетектора SPAD значительно выше, чем у устройств с PN-переходами. Это в основном связано с тем, что при высоком обратном смещении возрастает вероятность возникновения таких проблем, как инжекция несбалансированных носителей заряда, эффекты тепловых электронов и туннельные токи, обусловленные дефектными состояниями. Эти характеристики создают серьезные проблемы на уровне проектирования, технологического процесса и архитектуры схемы.
Общие параметры производительностиSPAD лавинный фотодетекторВ число параметров входят 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 производительность лавинного фотодетектора SPAD. Например, скорость темного счета (DCR) является ключевым параметром, определяющим шум детектора, и SPAD должен поддерживать смещение выше уровня пробоя, чтобы функционировать как детектор одиночных фотонов. Вероятность обнаружения света (PDE) определяет чувствительность SPAD.лавинный фотодетектори зависит от интенсивности и распределения электрического поля. Кроме того, мертвое время — это время, необходимое SPAD для возвращения в исходное состояние после срабатывания, что влияет на максимальную скорость обнаружения фотонов и динамический диапазон.
При оптимизации характеристик SPAD-устройств серьезной проблемой является взаимосвязь между основными параметрами производительности: например, миниатюризация пикселей напрямую приводит к ослаблению PDE, а концентрация краевых электрических полей, вызванная миниатюризацией размеров, также приведет к резкому увеличению DCR. Сокращение мертвого времени вызовет постимпульсный шум и ухудшит точность временного дрожания. В настоящее время передовые решения достигли определенной степени совместной оптимизации с помощью таких методов, как DTI/защитный контур (подавление перекрестных помех и снижение DCR), оптическая оптимизация пикселей, внедрение новых материалов (лавинный слой SiGe, повышающий инфракрасный отклик) и трехмерные многослойные схемы активного гашения.
Дата публикации: 23 июля 2025 г.