fotodetector de avalancha de fotón único SPAD

SPADfotodetector de avalancha de fotón único

Cuando se introdujeron por primera vez los sensores fotodetectores SPAD, se utilizaban principalmente en escenarios de detección con baja luminosidad. Sin embargo, con la evolución de su rendimiento y el desarrollo de los requisitos de cada escenario,fotodetector SPADLos sensores se utilizan cada vez más en aplicaciones de consumo como radares para automóviles, robots y vehículos aéreos no tripulados. Gracias a su alta sensibilidad y bajo nivel de ruido, el sensor fotodetector SPAD se ha convertido en la opción ideal para lograr una percepción de profundidad de alta precisión e imágenes en condiciones de baja luminosidad.

A diferencia de los sensores de imagen CMOS tradicionales (CIS) basados ​​en uniones PN, la estructura central del fotodetector SPAD es un diodo de avalancha que opera en modo Geiger. Desde la perspectiva de los mecanismos físicos, la complejidad del fotodetector SPAD es significativamente mayor que la de los dispositivos de unión PN. Esto se debe principalmente a que, bajo una alta polarización inversa, es más probable que se produzcan problemas como la inyección de portadores desequilibrados, efectos de electrones térmicos y corrientes de tunelización inducidas por estados de defecto. Estas características plantean importantes desafíos a nivel de diseño, proceso y arquitectura de circuitos.

Parámetros de rendimiento comunes defotodetector de avalancha SPADIncluyen el tamaño del píxel (Pixel Size), el ruido de conteo oscuro (DCR), la probabilidad de detección de luz (PDE), el tiempo muerto (DeadTime) y el tiempo de respuesta (Response Time). Estos parámetros afectan directamente el rendimiento del fotodetector de avalancha SPAD. Por ejemplo, la tasa de conteo oscuro (DCR) es un parámetro clave para definir el ruido del detector, y el SPAD necesita mantener una polarización superior a la de ruptura para funcionar como un detector de fotón único. La probabilidad de detección de luz (PDE) determina la sensibilidad del SPAD.fotodetector de avalanchay se ve afectada por la intensidad y la distribución del campo eléctrico. Además, el tiempo muerto es el tiempo que tarda el SPAD en volver a su estado inicial tras ser activado, lo que afecta a la tasa máxima de detección de fotones y al rango dinámico.

En la optimización del rendimiento de los dispositivos SPAD, la relación de restricción entre los parámetros de rendimiento principales representa un desafío importante: por ejemplo, la miniaturización de píxeles conlleva directamente la atenuación de la PDE, y la concentración de campos eléctricos en los bordes, causada por la miniaturización, también provoca un fuerte aumento en la DCR. La reducción del tiempo muerto induce ruido post-impulso y deteriora la precisión de la fluctuación temporal. Actualmente, las soluciones de vanguardia han logrado cierto grado de optimización colaborativa mediante métodos como el bucle de protección/DTI (que suprime la diafonía y reduce la DCR), la optimización óptica de píxeles, la introducción de nuevos materiales (capa de avalancha de SiGe que mejora la respuesta infrarroja) y circuitos de extinción activa apilados tridimensionales.