SPADfotodetector d'allaus d'un sol fotó
Quan es van introduir per primera vegada els sensors fotodetectors SPAD, es feien servir principalment en escenaris de detecció de poca llum. Tanmateix, amb l'evolució del seu rendiment i el desenvolupament dels requisits de l'escena,fotodetector SPADEls sensors s'han aplicat cada cop més en escenaris de consum com ara radars d'automòbils, robots i vehicles aeris no tripulats. A causa de la seva alta sensibilitat i baix soroll, el sensor fotodetector SPAD s'ha convertit en una opció ideal per aconseguir una percepció de profunditat d'alta precisió i imatges amb poca llum.
A diferència dels sensors d'imatge CMOS (CIS) tradicionals basats en unions PN, l'estructura central del fotodetector SPAD és un díode d'allau que funciona en mode Geiger. Des de la perspectiva dels mecanismes físics, la complexitat del fotodetector SPAD és significativament més alta que la dels dispositius d'unió PN. Això es reflecteix principalment en el fet que, sota una polarització inversa elevada, és més probable que causi problemes com la injecció de portadors desequilibrats, efectes tèrmics d'electrons i corrents de túnel assistits per estats de defectes. Aquestes característiques fan que s'enfronti a greus reptes a nivell de disseny, procés i arquitectura de circuits.
Paràmetres de rendiment comuns deFotodetector d'allaus SPADinclouen la mida del píxel (mida del píxel), el soroll de recompte de foscor (DCR), la probabilitat de detecció de llum (PDE), el temps mort (temps mort) i el temps de resposta (temps de resposta). Aquests paràmetres afecten directament el rendiment del fotodetector d'allaus SPAD. Per exemple, la taxa de recompte de foscor (DCR) és un paràmetre clau per definir el soroll del detector, i l'SPAD necessita mantenir un biaix superior a la ruptura per funcionar com a detector d'un sol fotó. La probabilitat de detecció de llum (PDE) determina la sensibilitat de l'SPAD.fotodetector d'allausi es veu afectat per la intensitat i la distribució del camp elèctric. A més, el Temps Mort és el temps que triga l'SPAD a tornar al seu estat inicial després de ser activat, cosa que afecta la taxa màxima de detecció de fotons i el rang dinàmic.
En l'optimització del rendiment dels dispositius SPAD, la relació de restricció entre els paràmetres de rendiment bàsics és un repte important: per exemple, la miniaturització dels píxels condueix directament a l'atenuació de l'EDP, i la concentració de camps elèctrics de vora causada per la miniaturització de la mida també provocarà un fort augment de la DCR. La reducció del temps mort induirà soroll post-impuls i deteriorarà la precisió de la fluctuació temporal. Ara, la solució d'avantguarda ha aconseguit un cert grau d'optimització col·laborativa mitjançant mètodes com ara DTI/bucle de protecció (supressió de la diafonia i reducció de la DCR), optimització òptica dels píxels, introducció de nous materials (capa d'allaus de SiGe que millora la resposta infraroja) i circuits d'extinció actius apilats tridimensionals.
Data de publicació: 23 de juliol de 2025