اسپادآشکارساز نوری بهمن تک فوتونی
وقتی حسگرهای آشکارساز نوری SPAD برای اولین بار معرفی شدند، عمدتاً در سناریوهای تشخیص نور کم مورد استفاده قرار میگرفتند. با این حال، با تکامل عملکرد آنها و توسعه الزامات صحنه،آشکارساز نوری SPADحسگرها به طور فزایندهای در سناریوهای مصرفی مانند رادارهای خودرو، رباتها و وسایل نقلیه هوایی بدون سرنشین مورد استفاده قرار گرفتهاند. حسگر آشکارساز نوری SPAD به دلیل حساسیت بالا و ویژگیهای نویز کم، به انتخابی ایدهآل برای دستیابی به درک عمق با دقت بالا و تصویربرداری در نور کم تبدیل شده است.
برخلاف حسگرهای تصویر CMOS سنتی (CIS) مبتنی بر اتصالات PN، ساختار اصلی آشکارساز نوری SPAD یک دیود بهمنی است که در حالت گایگر کار میکند. از منظر مکانیسمهای فیزیکی، پیچیدگی آشکارساز نوری SPAD به طور قابل توجهی بالاتر از دستگاههای اتصال PN است. این امر عمدتاً در این واقعیت منعکس میشود که تحت بایاس معکوس بالا، احتمال ایجاد مشکلاتی مانند تزریق حاملهای نامتعادل، اثرات الکترونی حرارتی و جریانهای تونلی ناشی از حالتهای نقص بیشتر است. این ویژگیها باعث میشود که در سطوح طراحی، فرآیند و معماری مدار با چالشهای جدی روبرو شود.
پارامترهای عملکرد مشترکآشکارساز نوری بهمن SPADشامل اندازه پیکسل (Pixel Size)، نویز شمارش تاریک (DCR)، احتمال تشخیص نور (PDE)، زمان مرده (DeadTime) و زمان پاسخ (Response Time) میشود. این پارامترها مستقیماً بر عملکرد آشکارساز نوری بهمن SPAD تأثیر میگذارند. به عنوان مثال، نرخ شمارش تاریک (DCR) یک پارامتر کلیدی برای تعریف نویز آشکارساز است و SPAD برای عملکرد به عنوان یک آشکارساز تک فوتونی، باید بایاس را بالاتر از شکست حفظ کند. احتمال تشخیص نور (PDE) حساسیت SPAD را تعیین میکند.آشکارساز نوری بهمنو تحت تأثیر شدت و توزیع میدان الکتریکی قرار دارد. علاوه بر این، DeadTime زمان لازم برای بازگشت SPAD به حالت اولیه خود پس از تحریک است که بر حداکثر نرخ تشخیص فوتون و محدوده دینامیکی تأثیر میگذارد.
در بهینهسازی عملکرد دستگاههای SPAD، رابطهی محدودیت بین پارامترهای عملکرد اصلی یک چالش بزرگ است: به عنوان مثال، کوچکسازی پیکسل مستقیماً منجر به تضعیف PDE میشود و تمرکز میدانهای الکتریکی لبه ناشی از کوچکسازی اندازه نیز باعث افزایش شدید DCR میشود. کاهش زمان مرده باعث ایجاد نویز پس از ضربه میشود و دقت لرزش زمانی را کاهش میدهد. اکنون، این راهحل پیشرفته از طریق روشهایی مانند DTI/ حلقهی حفاظتی (سرکوب تداخل و کاهش DCR)، بهینهسازی نوری پیکسل، معرفی مواد جدید (لایهی بهمنی SiGe که پاسخ مادون قرمز را افزایش میدهد) و مدارهای خاموشکنندهی فعال سه بعدی انباشته، به درجهی خاصی از بهینهسازی مشارکتی دست یافته است.
زمان ارسال: ۲۳ ژوئیه ۲۰۲۵