SPADEenzelphoton Lawinen-Fotodetektor
Wéi SPAD-Fotodetektorsensore fir d'éischt agefouert goufen, goufe se haaptsächlech a Szenarie mat schlechtem Liicht benotzt. Wéi och ëmmer, mat der Entwécklung vun hirer Leeschtung an der Entwécklung vun den Ufuerderunge fir d'Szen,SPAD-FotodetektorSensore ginn ëmmer méi a Konsumenteschutz wéi Autosradaren, Roboter an onbemannt Loftfaartgefierer agesat. Wéinst senger héijer Empfindlechkeet a gerénger Geräischercharakteristik ass de SPAD-Fotodetektorsensor eng ideal Wiel fir héichpräzis Déiftenwahrnehmung an Bildgebung bei schwaachem Liicht z'erreechen.
Am Géigesaz zu traditionelle CMOS-Bildsensoren (CIS), déi op PN-Verbindungen baséieren, ass d'Kärstruktur vum SPAD-Fotodetektor eng Lawinendiod, déi am Geiger-Modus funktionéiert. Aus der Siicht vun de physikalesche Mechanismen ass d'Komplexitéit vum SPAD-Fotodetektor däitlech méi héich wéi déi vu PN-Verbindungsapparater. Dëst spigelt sech haaptsächlech an der Tatsaach erëm, datt en ënner héijer Réckwärtsvirspannung méi wahrscheinlech Problemer verursaacht, wéi d'Injektioun vun onbalancéierten Träger, thermesch Elektroneneffekter an Tunnelstréim, déi duerch Defektzoustänn ënnerstëtzt ginn. Dës Charakteristike stellen en op schwéier Erausfuerderungen um Design-, Prozess- a Schaltungsarchitekturniveau.
Gemeinsam Leeschtungsparameter vunSPAD Lawinen-Fotodetektorenthalen Pixelgréisst (Pixel Size), Däischterzuelrauschen (DCR), Liichtdetektiounswahrscheinlechkeet (PDE), Doudezäit (DeadTime) an Äntwertzäit (Response Time). Dës Parameter beaflossen direkt d'Leeschtung vum SPAD-Lawinenfotodetektor. Zum Beispill ass d'Däischterzuelquote (DCR) e Schlësselparameter fir d'Definitioun vum Detektorrauschen, an de SPAD muss e méi héije Bias wéi den Duerchbroch behalen, fir als Eenzelphotondetektor ze funktionéieren. D'Wahrscheinlechkeet vun der Liichtdetektioun (PDE) bestëmmt d'Sensibilitéit vum SPAD.Lawinen-Fotodetektor...a gëtt vun der Intensitéit an der Verdeelung vum elektresche Feld beaflosst. Zousätzlech ass d'DeadTime d'Zäit, déi de SPAD brauch, fir an säin ursprénglechen Zoustand zréckzekommen, nodeems en ausgeléist gouf, wat d'maximal Photondetektiounsquote an den dynamesche Beräich beaflosst.
Bei der Leeschtungsoptimiséierung vu SPAD-Geräter ass d'Bezéiung tëscht de Restriktiounen tëscht de Kärleistungsparameter eng grouss Erausfuerderung: zum Beispill féiert d'Pixelminiaturiséierung direkt zu enger PDE-Dämpfung, an d'Konzentratioun vun elektresche Felder um Rand, déi duerch d'Gréisstminiaturiséierung verursaacht ginn, féiert och zu enger staarker Erhéijung vum DCR. D'Reduzéierung vun der Doudeger Zäit féiert zu Postimpulsrauschen an enger Verschlechterung vun der Genauegkeet vum Zäitjitter. Elo huet déi modern Léisung e gewësse Grad vun der kollaborativer Optimiséierung duerch Methoden wéi DTI/Schutzschleif (Ënnerdréckung vu Kräizung a Reduktioun vum DCR), Pixeloptimiséierung, Aféierung vun neie Materialien (SiGe Lawinenschicht, déi d'Infraroutäntwert verbessert) a dräidimensional gestapelte aktiv Läschkreesser erreecht.
Zäitpunkt vun der Verëffentlechung: 23. Juli 2025