SPAD միաֆոտոնային ձնահոսքի լուսադետեկտոր

ՍՊԱԴմիաֆոտոնային ձնահոսքի լուսադետեկտոր

Երբ SPAD լուսադետեկտորային սենսորները առաջին անգամ ներկայացվեցին, դրանք հիմնականում օգտագործվում էին թույլ լուսավորության դեպքում։ Սակայն, դրանց կատարողականի զարգացման և տեսարանի պահանջների զարգացման հետ մեկտեղ,SPAD լուսադետեկտորՍենսորները ավելի ու ավելի են կիրառվում սպառողական իրավիճակներում, ինչպիսիք են ավտոմոբիլային ռադարները, ռոբոտները և անօդաչու թռչող սարքերը: Բարձր զգայունության և ցածր աղմուկի բնութագրերի շնորհիվ SPAD լուսադետեկտորային սենսորը դարձել է իդեալական ընտրություն բարձր ճշգրտությամբ խորության ընկալման և ցածր լուսավորության պայմաններում պատկերման համար:

Ի տարբերություն PN միացումների վրա հիմնված ավանդական CMOS պատկերի սենսորների (CIS), SPAD ֆոտոդետեկտորի միջուկային կառուցվածքը Գեյգերի ռեժիմով աշխատող ձնահոսքի դիոդ է: Ֆիզիկական մեխանիզմների տեսանկյունից, SPAD ֆոտոդետեկտորի բարդությունը զգալիորեն ավելի բարձր է, քան PN միացումների սարքերինը: Սա հիմնականում արտացոլվում է այն փաստով, որ բարձր հակադարձ լարման դեպքում այն ​​ավելի հավանական է, որ առաջացնի խնդիրներ, ինչպիսիք են անհավասարակշիռ կրիչների ներարկումը, ջերմային էլեկտրոնային էֆեկտները և թունելային հոսանքները, որոնք օժանդակվում են արատավոր վիճակներով: Այս բնութագրերը այն դարձնում են լուրջ մարտահրավերների առջև նախագծման, գործընթացի և սխեմաների ճարտարապետության մակարդակներում:

Ընդհանուր կատարողականի պարամետրերSPAD ձնահոսքի լուսադետեկտորներառում են պիքսելի չափը (Pixel Size), մութ հաշվարկի աղմուկը (DCR), լույսի հայտնաբերման հավանականությունը (PDE), մեռյալ ժամանակը (DeadTime) և արձագանքման ժամանակը (Response Time): Այս պարամետրերը անմիջականորեն ազդում են SPAD ձնահոսքի ֆոտոդետեկտորի աշխատանքի վրա: Օրինակ, մութ հաշվարկի արագությունը (DCR) դետեկտորի աղմուկը սահմանելու հիմնական պարամետր է, և SPAD-ը պետք է պահպանի բաշխումից բարձր շեղում՝ որպես մեկ ֆոտոնով դետեկտոր գործելու համար: Լույսի հայտնաբերման հավանականությունը (PDE) որոշում է SPAD-ի զգայունությունը:ձնահոսքի լուսադետեկտորև ազդվում է էլեկտրական դաշտի ինտենսիվությունից և բաշխումից։ Բացի այդ, DeadTime-ը այն ժամանակն է, որը պահանջվում է SPAD-ին ակտիվացումից հետո իր սկզբնական վիճակին վերադառնալու համար, ինչը ազդում է ֆոտոնների հայտնաբերման առավելագույն արագության և դինամիկ տիրույթի վրա։

SPAD սարքերի աշխատանքի օպտիմալացման մեջ հիմնական աշխատանքի պարամետրերի միջև սահմանափակման կապը մեծ մարտահրավեր է. օրինակ՝ պիքսելների մանրացումը ուղղակիորեն հանգեցնում է մասնակի դիֆերենցիալ դեֆորմացիայի թուլացման, իսկ չափի մանրացման հետևանքով եզրային էլեկտրական դաշտերի կոնցենտրացիան նույնպես կհանգեցնի DCR-ի կտրուկ աճի: Մեռյալ ժամանակի կրճատումը կառաջացնի հետիմպուլսային աղմուկ և կվատթարացնի ժամանակի տատանումների ճշգրտությունը: Այժմ առաջատար լուծումը որոշակի աստիճանի համագործակցային օպտիմալացման է հասել այնպիսի մեթոդների միջոցով, ինչպիսիք են DTI/պաշտպանության օղակը (խաչաձև խոսակցությունների ճնշում և DCR-ի նվազեցում), պիքսելային օպտիկական օպտիմալացումը, նոր նյութերի ներդրումը (SiGe ձնահոսքի շերտի ուժեղացնող ինֆրակարմիր արձագանք) և եռաչափ կուտակված ակտիվ մարման սխեմաները: