Máy dò quang tuyết lở đơn photon SPAD

SPADmáy dò quang tuyết lở đơn photon

Khi cảm biến quang SPAD lần đầu tiên được giới thiệu, chúng chủ yếu được sử dụng trong các tình huống phát hiện ánh sáng yếu. Tuy nhiên, với sự phát triển về hiệu suất và yêu cầu của bối cảnh,Máy dò quang SPADCảm biến quang SPAD ngày càng được ứng dụng rộng rãi trong các ứng dụng tiêu dùng như radar ô tô, robot và máy bay không người lái. Nhờ độ nhạy cao và đặc tính nhiễu thấp, cảm biến quang SPAD đã trở thành lựa chọn lý tưởng để đạt được khả năng nhận biết độ sâu chính xác cao và hình ảnh thiếu sáng.

Không giống như cảm biến hình ảnh CMOS (CIS) truyền thống dựa trên tiếp giáp PN, cấu trúc lõi của bộ tách sóng quang SPAD là một diode thác hoạt động ở chế độ Geiger. Xét về mặt cơ chế vật lý, độ phức tạp của bộ tách sóng quang SPAD cao hơn đáng kể so với các thiết bị tiếp giáp PN. Điều này chủ yếu được phản ánh ở chỗ dưới độ phân cực ngược cao, nó dễ gây ra các vấn đề như đưa các hạt dẫn không cân bằng vào, hiệu ứng electron nhiệt và dòng điện đường hầm được hỗ trợ bởi các trạng thái khuyết tật. Những đặc điểm này khiến nó phải đối mặt với những thách thức nghiêm trọng ở cấp độ thiết kế, quy trình và kiến ​​trúc mạch.

Các thông số hiệu suất chung củaMáy dò quang tuyết lở SPADbao gồm Kích thước điểm ảnh (Pixel Size), nhiễu đếm tối (DCR), xác suất phát hiện ánh sáng (PDE), Thời gian chết (DeadTime) và Thời gian đáp ứng (Response Time). Các thông số này ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất của bộ tách sóng quang SPAD. Ví dụ, tốc độ đếm tối (DCR) là một thông số quan trọng để xác định nhiễu của bộ tách sóng, và SPAD cần duy trì độ lệch cao hơn độ lệch chuẩn để hoạt động như một bộ tách sóng photon đơn. Xác suất phát hiện ánh sáng (PDE) quyết định độ nhạy của SPAD.máy dò quang tuyết lởvà bị ảnh hưởng bởi cường độ và sự phân bố của trường điện. Ngoài ra, DeadTime là thời gian cần thiết để SPAD trở về trạng thái ban đầu sau khi được kích hoạt, điều này ảnh hưởng đến tốc độ phát hiện photon tối đa và dải động.

Trong quá trình tối ưu hóa hiệu suất của thiết bị SPAD, mối quan hệ ràng buộc giữa các thông số hiệu suất cốt lõi là một thách thức lớn: ví dụ, việc thu nhỏ điểm ảnh trực tiếp dẫn đến suy giảm PDE, và sự tập trung của trường điện biên do thu nhỏ kích thước cũng sẽ làm tăng mạnh DCR. Việc giảm thời gian chết sẽ gây ra nhiễu hậu xung và làm giảm độ chính xác của độ trễ thời gian. Giờ đây, giải pháp tiên tiến đã đạt được một mức độ tối ưu hóa cộng tác nhất định thông qua các phương pháp như vòng lặp DTI/bảo vệ (khử nhiễu xuyên âm và giảm DCR), tối ưu hóa quang học điểm ảnh, giới thiệu vật liệu mới (lớp tuyết lở SiGe tăng cường đáp ứng hồng ngoại) và mạch dập tắt chủ động xếp chồng ba chiều.