ເຄື່ອງກວດຈັບແສງຫິມະຖະຫຼົ່ມໂຟຕອນດຽວ SPAD

SPADເຄື່ອງກວດຈັບແສງຫິມະຖະຫຼົ່ມໂຟຕອນດຽວ

ເມື່ອເຊັນເຊີກວດຈັບແສງ SPAD ໄດ້ຖືກນຳສະເໜີເປັນຄັ້ງທຳອິດ, ພວກມັນສ່ວນໃຫຍ່ແມ່ນໃຊ້ໃນສະຖານະການກວດຈັບແສງໜ້ອຍ. ຢ່າງໃດກໍຕາມ, ດ້ວຍວິວັດທະນາການຂອງປະສິດທິພາບຂອງມັນ ແລະ ການພັດທະນາຄວາມຕ້ອງການຂອງສາກ,ເຄື່ອງກວດຈັບແສງ SPADເຊັນເຊີໄດ້ຖືກນຳໃຊ້ເພີ່ມຂຶ້ນເລື້ອຍໆໃນສະຖານະການຂອງຜູ້ບໍລິໂພກ ເຊັ່ນ: ເຣດາລົດຍົນ, ຫຸ່ນຍົນ ແລະ ຍານພາຫະນະທາງອາກາດທີ່ບໍ່ມີຄົນຂັບ. ເນື່ອງຈາກມັນມີຄວາມອ່ອນໄຫວສູງ ແລະ ລັກສະນະສຽງລົບກວນຕ່ຳ, ເຊັນເຊີກວດຈັບແສງ SPAD ໄດ້ກາຍເປັນທາງເລືອກທີ່ເໝາະສົມສຳລັບການບັນລຸການຮັບຮູ້ຄວາມເລິກທີ່ມີຄວາມແມ່ນຍຳສູງ ແລະ ການຖ່າຍພາບໃນສະພາບແສງໜ້ອຍ.

ບໍ່ເຫມືອນກັບເຊັນເຊີຮູບພາບ CMOS ແບບດັ້ງເດີມ (CIS) ທີ່ອີງໃສ່ຈຸດຕໍ່ PN, ໂຄງສ້າງຫຼັກຂອງເຄື່ອງກວດຈັບແສງ SPAD ແມ່ນໄດໂອດ avalanche ທີ່ເຮັດວຽກໃນໂໝດ Geiger. ຈາກທັດສະນະຂອງກົນໄກທາງກາຍະພາບ, ຄວາມສັບສົນຂອງເຄື່ອງກວດຈັບແສງ SPAD ແມ່ນສູງກວ່າອຸປະກອນຈຸດຕໍ່ PN ຢ່າງຫຼວງຫຼາຍ. ສິ່ງນີ້ສະທ້ອນໃຫ້ເຫັນສ່ວນໃຫຍ່ໃນຄວາມຈິງທີ່ວ່າພາຍໃຕ້ອະຄະຕິປີ້ນກັບກັນສູງ, ມັນມີແນວໂນ້ມທີ່ຈະເຮັດໃຫ້ເກີດບັນຫາເຊັ່ນ: ການສີດຕົວນຳທີ່ບໍ່ສົມດຸນ, ຜົນກະທົບຂອງເອເລັກຕຣອນຄວາມຮ້ອນ, ແລະກະແສໄຟຟ້າອຸໂມງທີ່ໄດ້ຮັບການຊ່ວຍເຫຼືອຈາກສະຖານະຂໍ້ບົກພ່ອງ. ລັກສະນະເຫຼົ່ານີ້ເຮັດໃຫ້ມັນປະເຊີນກັບສິ່ງທ້າທາຍທີ່ຮ້າຍແຮງໃນລະດັບການອອກແບບ, ຂະບວນການ, ແລະສະຖາປັດຕະຍະກຳວົງຈອນ.

ຕົວກໍານົດການປະຕິບັດທົ່ວໄປຂອງເຄື່ອງກວດຈັບແສງຫິມະຖະຫຼົ່ມ SPADປະກອບມີຂະໜາດພິກເຊວ (ຂະໜາດພິກເຊວ), ສຽງລົບກວນນັບມືດ (DCR), ຄວາມເປັນໄປໄດ້ໃນການກວດຈັບແສງ (PDE), ເວລາຕາຍ (DeadTime), ແລະ ເວລາຕອບສະໜອງ (Response Time). ພາລາມິເຕີເຫຼົ່ານີ້ມີຜົນກະທົບໂດຍກົງຕໍ່ປະສິດທິພາບຂອງເຄື່ອງກວດຈັບແສງ SPAD avalanche. ຕົວຢ່າງ, ອັດຕາການນັບມືດ (DCR) ແມ່ນພາລາມິເຕີຫຼັກສຳລັບການກຳນົດສຽງລົບກວນຂອງເຄື່ອງກວດຈັບ, ແລະ SPAD ຕ້ອງຮັກສາຄວາມລຳອຽງສູງກວ່າການແຕກຫັກເພື່ອເຮັດໜ້າທີ່ເປັນເຄື່ອງກວດຈັບໂຟຕອນດຽວ. ຄວາມເປັນໄປໄດ້ຂອງການກວດຈັບແສງ (PDE) ກຳນົດຄວາມອ່ອນໄຫວຂອງ SPAD.ເຄື່ອງກວດຈັບແສງຫິມະຖະຫຼົ່ມແລະ ໄດ້ຮັບຜົນກະທົບຈາກຄວາມເຂັ້ມ ແລະ ການແຈກຢາຍຂອງສະໜາມໄຟຟ້າ. ນອກຈາກນັ້ນ, DeadTime ແມ່ນເວລາທີ່ຕ້ອງການໃຫ້ SPAD ກັບຄືນສູ່ສະຖານະເບື້ອງຕົ້ນຫຼັງຈາກຖືກກະຕຸ້ນ, ເຊິ່ງສົ່ງຜົນກະທົບຕໍ່ອັດຕາການກວດຈັບໂຟຕອນສູງສຸດ ແລະ ຂອບເຂດໄດນາມິກ.

ໃນການເພີ່ມປະສິດທິພາບການເຮັດວຽກຂອງອຸປະກອນ SPAD, ຄວາມສຳພັນທີ່ຈຳກັດລະຫວ່າງຕົວກຳນົດປະສິດທິພາບຫຼັກແມ່ນສິ່ງທ້າທາຍທີ່ສຳຄັນ: ຕົວຢ່າງ, ການຫຍໍ້ຂອງພິກເຊວນຳໄປສູ່ການຫຼຸດລົງຂອງ PDE ໂດຍກົງ, ແລະຄວາມເຂັ້ມຂຸ້ນຂອງສະໜາມໄຟຟ້າຂອບທີ່ເກີດຈາກການຫຍໍ້ຂະໜາດຍັງຈະເຮັດໃຫ້ DCR ເພີ່ມຂຶ້ນຢ່າງຫຼວງຫຼາຍ. ການຫຼຸດຜ່ອນເວລາທີ່ຕາຍແລ້ວຈະເຮັດໃຫ້ເກີດສຽງລົບກວນຫຼັງການກະຕຸ້ນ ແລະ ເຮັດໃຫ້ຄວາມຖືກຕ້ອງຂອງການກະຕຸກເວລາຫຼຸດລົງ. ໃນປັດຈຸບັນ, ວິທີແກ້ໄຂທີ່ທັນສະໄໝໄດ້ບັນລຸລະດັບການຮ່ວມມືທີ່ດີທີ່ສຸດໂດຍຜ່ານວິທີການຕ່າງໆເຊັ່ນ: DTI/ ວົງຈອນປ້ອງກັນ (ສະກັດກັ້ນ crosstalk ແລະ ຫຼຸດຜ່ອນ DCR), ການເພີ່ມປະສິດທິພາບທາງແສງຂອງພິກເຊວ, ການນຳສະເໜີວັດສະດຸໃໝ່ (ການຕອບສະໜອງອິນຟາເຣດທີ່ເສີມຊັ້ນ avalanche SiGe), ແລະວົງຈອນດັບໄຟແບບຫ້າວຫັນແບບຊ້ອນກັນສາມມິຕິ.