SPADfotorilevatore a valanga a singolo fotone
Quando i sensori fotoelettrici SPAD furono introdotti per la prima volta, venivano utilizzati principalmente in scenari di rilevamento in condizioni di scarsa illuminazione. Tuttavia, con l'evoluzione delle loro prestazioni e l'evoluzione dei requisiti di scena,Fotodiodo SPADI sensori sono sempre più utilizzati in applicazioni di consumo come radar automobilistici, robot e veicoli aerei senza pilota. Grazie alla sua elevata sensibilità e al basso rumore, il sensore fotodetector SPAD è diventato la scelta ideale per ottenere una percezione della profondità ad alta precisione e immagini in condizioni di scarsa illuminazione.
A differenza dei tradizionali sensori di immagine CMOS (CIS) basati su giunzioni PN, la struttura centrale del fotodiodo SPAD è un diodo a valanga che opera in modalità Geiger. Dal punto di vista dei meccanismi fisici, la complessità del fotodiodo SPAD è significativamente maggiore rispetto a quella dei dispositivi a giunzione PN. Ciò si riflette principalmente nel fatto che, in condizioni di elevata polarizzazione inversa, è più probabile che si verifichino problemi come l'iniezione di portatori sbilanciati, effetti termici degli elettroni e correnti di tunneling assistite da stati difettosi. Queste caratteristiche pongono questo dispositivo di fronte a sfide impegnative a livello di progettazione, processo e architettura circuitale.
Parametri di prestazione comuni diFotorilevatore di valanghe SPADincludono la dimensione dei pixel (Pixel Size), il rumore del conteggio scuro (DCR), la probabilità di rilevamento della luce (PDE), il tempo morto (DeadTime) e il tempo di risposta (Response Time). Questi parametri influenzano direttamente le prestazioni del fotorilevatore a valanga SPAD. Ad esempio, il tasso di conteggio scuro (DCR) è un parametro chiave per definire il rumore del rivelatore e lo SPAD deve mantenere un bias superiore al breakdown per funzionare come rivelatore di fotoni singoli. La probabilità di rilevamento della luce (PDE) determina la sensibilità dello SPAD.fotodetector per valangheed è influenzato dall'intensità e dalla distribuzione del campo elettrico. Inoltre, il DeadTime è il tempo necessario allo SPAD per tornare allo stato iniziale dopo essere stato attivato, il che influenza la massima velocità di rilevamento dei fotoni e l'intervallo dinamico.
Nell'ottimizzazione delle prestazioni dei dispositivi SPAD, la relazione di vincolo tra i parametri prestazionali principali rappresenta una sfida importante: ad esempio, la miniaturizzazione dei pixel porta direttamente all'attenuazione delle PDE e la concentrazione dei campi elettrici di bordo causata dalla miniaturizzazione delle dimensioni causerà anche un forte aumento del DCR. La riduzione del tempo morto indurrà rumore post-impulso e peggiorerà l'accuratezza del jitter temporale. Ora, la soluzione all'avanguardia ha raggiunto un certo grado di ottimizzazione collaborativa attraverso metodi come DTI/protezione loop (soppressione della diafonia e riduzione del DCR), ottimizzazione ottica dei pixel, introduzione di nuovi materiali (strato a valanga in SiGe che migliora la risposta all'infrarosso) e circuiti di quenching attivi impilati tridimensionali.
Data di pubblicazione: 23-lug-2025