SPADбір фотонды көшкін фотодетекторы
SPAD фотодетектор сенсорлары алғаш рет енгізілген кезде, олар негізінен аз жарықты анықтау сценарийлерінде қолданылды. Дегенмен, олардың өнімділігінің эволюциясымен және көрініс талаптарының дамуымен,SPAD фотодетекторыСенсорлар автомобиль радарлары, роботтар және ұшқышсыз ұшу аппараттары сияқты тұтынушылық жағдайларда барған сайын кеңінен қолданыла бастады. Жоғары сезімталдығы мен төмен шу сипаттамаларының арқасында SPAD фотодетектор сенсоры жоғары дәлдіктегі тереңдікті қабылдау және аз жарықта бейнелеу үшін тамаша таңдауға айналды.
PN түйіспелеріне негізделген дәстүрлі CMOS кескін сенсорларынан (CIS) айырмашылығы, SPAD фотодетекторының негізгі құрылымы Гейгер режимінде жұмыс істейтін көшкін диоды болып табылады. Физикалық механизмдер тұрғысынан SPAD фотодетекторының күрделілігі PN түйіспе құрылғыларына қарағанда айтарлықтай жоғары. Бұл негізінен жоғары кері ығысу кезінде теңгерімсіз тасымалдаушылардың инъекциясы, жылулық электрон әсерлері және ақаулық күйлерінің көмегімен туннельдік токтар сияқты мәселелерді тудыруы ықтималдығы жоғары екендігінде көрінеді. Бұл сипаттамалар оны жобалау, процесс және тізбек архитектурасы деңгейлерінде күрделі қиындықтарға тап етеді.
Жалпы өнімділік параметрлеріSPAD қар көшкіні фотодетекторыПиксель өлшемі (Пиксель өлшемі), қараңғы санау шуы (DCR), жарықты анықтау ықтималдығы (PDE), өлі уақыт (DeadTime) және жауап беру уақыты (Response Time) кіреді. Бұл параметрлер SPAD көшкіні фотодетекторының жұмысына тікелей әсер етеді. Мысалы, қараңғы санау жылдамдығы (DCR) детектор шуын анықтаудың негізгі параметрі болып табылады және SPAD бір фотонды детектор ретінде жұмыс істеу үшін бұзылудан жоғары ығысуды сақтауы керек. Жарықты анықтау ықтималдығы (PDE) SPAD сезімталдығын анықтайды.көшкін фотодетекторыжәне электр өрісінің қарқындылығы мен таралуына әсер етеді. Сонымен қатар, DeadTime - бұл SPAD іске қосылғаннан кейін бастапқы күйіне оралу үшін қажетті уақыт, бұл фотонды анықтаудың максималды жылдамдығына және динамикалық диапазонға әсер етеді.
SPAD құрылғыларының өнімділігін оңтайландыруда негізгі өнімділік параметрлері арасындағы шектеу байланысы үлкен қиындық болып табылады: мысалы, пиксельді миниатюризациялау PDE әлсіреуіне тікелей әкеледі, ал өлшемді миниатюризациялаудан туындаған шеткі электр өрістерінің концентрациясы да DCR-дің күрт артуына әкеледі. Өлі уақытты азайту импульстен кейінгі шуды тудырады және уақыт дірілінің дәлдігін нашарлатады. Қазіргі уақытта заманауи шешім DTI/қорғаныс циклі (айқаспалы толқындарды басу және DCR-ді азайту), пиксельді оптикалық оңтайландыру, жаңа материалдарды енгізу (SiGe көшкін қабаты инфрақызыл жауапты күшейтеді) және үш өлшемді қабатталған белсенді сөндіру тізбектері сияқты әдістер арқылы белгілі бір дәрежеде бірлескен оңтайландыруға қол жеткізді.
Жарияланған уақыты: 2025 жылғы 23 шілде