SPADfotodetector de avalanchas dun só fotón
Cando se introduciron por primeira vez os sensores fotodetectores SPAD, usábanse principalmente en escenarios de detección con pouca luz. Non obstante, coa evolución do seu rendemento e o desenvolvemento dos requisitos da escena,Fotodetector SPADOs sensores aplicáronse cada vez máis en escenarios de consumo como radares de automóbiles, robots e vehículos aéreos non tripulados. Debido á súa alta sensibilidade e ás súas características de baixo ruído, o sensor fotodetector SPAD converteuse nunha opción ideal para lograr unha percepción de profundidade de alta precisión e imaxes con pouca luz.
A diferenza dos sensores de imaxe CMOS (CIS) tradicionais baseados en unións PN, a estrutura central do fotodetector SPAD é un díodo de avalancha que funciona en modo Geiger. Desde a perspectiva dos mecanismos físicos, a complexidade do fotodetector SPAD é significativamente maior que a dos dispositivos de unión PN. Isto reflíctese principalmente no feito de que, baixo unha alta polarización inversa, é máis probable que cause problemas como a inxección de portadores desequilibrados, efectos térmicos de electróns e correntes de túnel asistidas por estados de defecto. Estas características fan que se enfronte a graves desafíos a nivel de deseño, proceso e arquitectura de circuítos.
Parámetros de rendemento comúns deFotodetector de avalanchas SPADinclúen o tamaño do píxel (Pixel Size), o ruído de conta escura (DCR), a probabilidade de detección de luz (PDE), o tempo morto (DeadTime) e o tempo de resposta (Response Time). Estes parámetros afectan directamente o rendemento do fotodetector de avalanchas SPAD. Por exemplo, a taxa de conta escura (DCR) é un parámetro clave para definir o ruído do detector, e o SPAD necesita manter unha polarización superior á ruptura para funcionar como un detector dun só fotón. A probabilidade de detección de luz (PDE) determina a sensibilidade do SPAD.fotodetector de avalanchase vese afectado pola intensidade e a distribución do campo eléctrico. Ademais, o DeadTime é o tempo que tarda o SPAD en volver ao seu estado inicial despois de ser activado, o que afecta á taxa máxima de detección de fotóns e ao rango dinámico.
Na optimización do rendemento dos dispositivos SPAD, a relación de restricións entre os parámetros principais do rendemento é un desafío importante: por exemplo, a miniaturización dos píxeles leva directamente á atenuación da EDP, e a concentración de campos eléctricos de bordo causada pola miniaturización do tamaño tamén provocará un forte aumento na DCR. A redución do tempo morto inducirá ruído posterior ao impulso e deteriorará a precisión da fluctuación temporal. Agora, a solución de vangarda alcanzou un certo grao de optimización colaborativa a través de métodos como DTI/bucle de protección (supresión da diafonía e redución da DCR), optimización óptica de píxeles, introdución de novos materiais (capa de avalancha de SiGe que mellora a resposta infravermella) e circuítos de extinción activos apilados tridimensionais.
Data de publicación: 23 de xullo de 2025