एसपीएडीसिंगल-फोटॉन हिमस्खलन फोटोडिटेक्टर
जेव्हा SPAD फोटोडिटेक्टर सेन्सर्स पहिल्यांदा सादर केले गेले, तेव्हा ते प्रामुख्याने कमी प्रकाशाच्या शोध परिस्थितींमध्ये वापरले जात होते. तथापि, त्यांच्या कामगिरीच्या उत्क्रांतीसह आणि दृश्य आवश्यकतांच्या विकासासह,एसपीएडी फोटोडिटेक्टरऑटोमोटिव्ह रडार, रोबोट्स आणि मानवरहित हवाई वाहने यासारख्या ग्राहक परिस्थितींमध्ये सेन्सर्सचा वापर वाढत्या प्रमाणात होत आहे. उच्च संवेदनशीलता आणि कमी आवाजाच्या वैशिष्ट्यांमुळे, SPAD फोटोडिटेक्टर सेन्सर उच्च-परिशुद्धता खोलीची धारणा आणि कमी प्रकाशात इमेजिंग मिळविण्यासाठी एक आदर्श पर्याय बनला आहे.
पीएन जंक्शनवर आधारित पारंपारिक सीएमओएस इमेज सेन्सर्स (सीआयएस) च्या विपरीत, एसपीएडी फोटोडिटेक्टरची कोर स्ट्रक्चर ही गीगर मोडमध्ये कार्यरत असलेला हिमस्खलन डायोड आहे. भौतिक यंत्रणेच्या दृष्टिकोनातून, एसपीएडी फोटोडिटेक्टरची जटिलता पीएन जंक्शन उपकरणांपेक्षा लक्षणीयरीत्या जास्त आहे. हे प्रामुख्याने या वस्तुस्थितीवरून दिसून येते की उच्च रिव्हर्स बायस अंतर्गत, असंतुलित वाहकांचे इंजेक्शन, थर्मल इलेक्ट्रॉन इफेक्ट्स आणि दोष स्थितींद्वारे सहाय्य केलेले टनेलिंग करंट यासारख्या समस्या निर्माण होण्याची शक्यता जास्त असते. या वैशिष्ट्यांमुळे ते डिझाइन, प्रक्रिया आणि सर्किट आर्किटेक्चर पातळीवर गंभीर आव्हानांना तोंड देते.
सामान्य कामगिरी मापदंडSPAD हिमस्खलन फोटोडिटेक्टरपिक्सेल आकार (पिक्सेल आकार), गडद गणना आवाज (DCR), प्रकाश शोधण्याची संभाव्यता (PDE), मृत वेळ (डेडटाइम) आणि प्रतिसाद वेळ (प्रतिसाद वेळ) यांचा समावेश आहे. हे पॅरामीटर्स SPAD हिमस्खलन फोटोडिटेक्टरच्या कामगिरीवर थेट परिणाम करतात. उदाहरणार्थ, डिटेक्टर आवाज परिभाषित करण्यासाठी गडद गणना दर (DCR) हा एक प्रमुख पॅरामीटर आहे आणि सिंगल-फोटॉन डिटेक्टर म्हणून कार्य करण्यासाठी SPAD ला ब्रेकडाउनपेक्षा जास्त बायस राखणे आवश्यक आहे. प्रकाश शोधण्याची संभाव्यता (PDE) SPAD ची संवेदनशीलता निश्चित करते.हिमस्खलन फोटोडिटेक्टरआणि विद्युत क्षेत्राच्या तीव्रतेमुळे आणि वितरणामुळे प्रभावित होते. याव्यतिरिक्त, डेडटाइम म्हणजे SPAD ला ट्रिगर झाल्यानंतर त्याच्या सुरुवातीच्या स्थितीत परत येण्यासाठी लागणारा वेळ, जो कमाल फोटॉन शोध दर आणि गतिमान श्रेणीवर परिणाम करतो.
SPAD उपकरणांच्या कार्यप्रदर्शन ऑप्टिमायझेशनमध्ये, मुख्य कार्यप्रदर्शन पॅरामीटर्समधील मर्यादा संबंध हे एक मोठे आव्हान आहे: उदाहरणार्थ, पिक्सेल लघुकरण थेट PDE क्षीणनकडे नेतो आणि आकार लघुकरणामुळे होणारे एज इलेक्ट्रिक फील्डचे प्रमाण देखील DCR मध्ये तीव्र वाढ घडवून आणेल. डेड टाइम कमी केल्याने पोस्ट-इम्पल्स नॉइज निर्माण होईल आणि वेळेच्या जिटरची अचूकता खराब होईल. आता, अत्याधुनिक सोल्यूशनने DTI/ प्रोटेक्शन लूप (क्रॉसस्टॉक दाबणे आणि DCR कमी करणे), पिक्सेल ऑप्टिकल ऑप्टिमायझेशन, नवीन मटेरियलचा परिचय (SiGe हिमस्खलन थर इन्फ्रारेड प्रतिसाद वाढवणे) आणि त्रिमितीय स्टॅक केलेले सक्रिय क्वेंचिंग सर्किट्स यासारख्या पद्धतींद्वारे काही प्रमाणात सहयोगी ऑप्टिमायझेशन साध्य केले आहे.
पोस्ट वेळ: जुलै-२३-२०२५