När SPAD-fotodetektorer först introducerades användes de huvudsakligen i scenarier med svagt ljus. Men med utvecklingen av deras prestanda och utvecklingen av scenkrav,SPAD-fotodetektorSensorer har i allt större utsträckning använts i konsumentsituationer som bilradar, robotar och obemannade luftfarkoster. Tack vare sin höga känslighet och låga brusegenskaper har SPAD-fotodetektorsensorn blivit ett idealiskt val för att uppnå högprecisionsdjupuppfattning och avbildning i svagt ljus.
Till skillnad från traditionella CMOS-bildsensorer (CIS) baserade på PN-övergångar, är kärnstrukturen hos SPAD-fotodetektorn en lavindiod som arbetar i Geiger-läge. Ur ett fysikaliskt mekanismerperspektiv är komplexiteten hos SPAD-fotodetektorn betydligt högre än hos PN-övergångsenheter. Detta återspeglas främst i det faktum att den under hög backförspänning är mer benägen att orsaka problem som injektion av obalanserade bärvågor, termiska elektroneffekter och tunnelströmmar som assisteras av defekttillstånd. Dessa egenskaper gör att den står inför allvarliga utmaningar på design-, process- och kretsarkitekturnivå.
Vanliga prestandaparametrar förSPAD lavinfotodetektorinkluderar pixelstorlek (Pixel Size), mörkerräkningsbrus (DCR), ljusdetekteringssannolikhet (PDE), dödtid (DeadTime) och svarstid (Response Time). Dessa parametrar påverkar direkt prestandan hos SPAD-lavinfotodetektorn. Till exempel är mörkerräkningshastigheten (DCR) en nyckelparameter för att definiera detektorbrus, och SPAD måste bibehålla en bias högre än genombrottet för att fungera som en enfotondetektor. Sannolikheten för ljusdetektering (PDE) bestämmer SPAD:s känslighet.lavinfotodetektoroch påverkas av det elektriska fältets intensitet och distribution. Dessutom är DeadTime den tid som krävs för att SPAD ska återgå till sitt ursprungliga tillstånd efter att ha triggats, vilket påverkar den maximala fotondetekteringshastigheten och det dynamiska omfånget.
Vid prestandaoptimering av SPAD-enheter är begränsningsförhållandet mellan kärnprestandaparametrar en stor utmaning: till exempel leder pixelminiatyrisering direkt till PDE-dämpning, och koncentrationen av kantelektriska fält orsakad av storleksminiatyrisering kommer också att orsaka en kraftig ökning av DCR. Att minska dödtiden kommer att inducera post-impulsbrus och försämra noggrannheten i tidsjitter. Nu har den banbrytande lösningen uppnått en viss grad av samarbetsoptimering genom metoder som DTI/skyddsslinga (undertrycker överhörning och minskar DCR), pixeloptisk optimering, introduktion av nya material (SiGe-lavinlagerförstärkande infrarött svar) och tredimensionella staplade aktiva släckkretsar.
Publiceringstid: 23 juli 2025