SPAD ເຄື່ອງກວດຈັບພາບຫິມະ avalanche ດຽວ

SPADເຄື່ອງກວດຈັບພາບ avalanche ດຽວໂຟຕອນ

ເມື່ອເຊັນເຊີ SPAD photodetector ໄດ້ຖືກນໍາສະເຫນີຄັ້ງທໍາອິດ, ພວກມັນຖືກນໍາໃຊ້ຕົ້ນຕໍໃນສະຖານະການກວດພົບແສງຕ່ໍາ. ຢ່າງໃດກໍຕາມ, ດ້ວຍການວິວັດທະນາການປະຕິບັດແລະການພັດທະນາຄວາມຕ້ອງການ scene,ເຄື່ອງກວດຈັບພາບ SPADເຊັນເຊີໄດ້ຖືກນໍາໃຊ້ຫຼາຍຂຶ້ນໃນສະຖານະການຂອງຜູ້ບໍລິໂພກເຊັ່ນ: ເຣດາລົດຍົນ, ຫຸ່ນຍົນ, ແລະຍານພາຫະນະທາງອາກາດທີ່ບໍ່ມີຄົນຂັບ. ເນື່ອງຈາກຄວາມອ່ອນໄຫວສູງແລະລັກສະນະສຽງລົບກວນຂອງມັນ, ເຊັນເຊີ photodetector SPAD ໄດ້ກາຍເປັນທາງເລືອກທີ່ເຫມາະສົມສໍາລັບການຮັບຮູ້ຄວາມເລິກທີ່ມີຄວາມຊັດເຈນສູງແລະການຖ່າຍຮູບແສງສະຫວ່າງຕ່ໍາ.

ບໍ່ເຫມືອນກັບເຊັນເຊີຮູບພາບ CMOS ແບບດັ້ງເດີມ (CIS) ໂດຍອີງໃສ່ຈຸດເຊື່ອມຕໍ່ PN, ໂຄງສ້າງຫຼັກຂອງ SPAD photodetector ແມ່ນໄດໂອດ avalanche ດໍາເນີນການໃນໂຫມດ Geiger. ຈາກທັດສະນະຂອງກົນໄກທາງດ້ານຮ່າງກາຍ, ຄວາມສັບສົນຂອງ SPAD photodetector ແມ່ນສູງກວ່າອຸປະກອນ PN junction ຢ່າງຫຼວງຫຼາຍ. ນີ້ສ່ວນໃຫຍ່ແມ່ນສະທ້ອນໃຫ້ເຫັນເຖິງຄວາມຈິງທີ່ວ່າພາຍໃຕ້ຄວາມລໍາອຽງດ້ານປີ້ນກັບກັນສູງ, ມັນມັກຈະເຮັດໃຫ້ເກີດບັນຫາເຊັ່ນ: ການສີດຂອງຜູ້ໃຫ້ບໍລິການທີ່ບໍ່ສົມດຸນ, ຜົນກະທົບຂອງເອເລັກໂຕຣນິກຄວາມຮ້ອນ, ແລະກະແສອຸໂມງທີ່ໄດ້ຮັບການຊ່ວຍເຫຼືອຈາກລັດຜິດປົກກະຕິ. ຄຸນລັກສະນະເຫຼົ່ານີ້ເຮັດໃຫ້ມັນປະເຊີນກັບສິ່ງທ້າທາຍທີ່ຮ້າຍແຮງໃນລະດັບການອອກແບບ, ຂະບວນການ, ແລະສະຖາປັດຕະຍະກໍາວົງຈອນ.

ຕົວກໍານົດການປະສິດທິພາບທົ່ວໄປຂອງເຄື່ອງກວດຈັບພາບ SPAD avalancheລວມມີຂະໜາດ Pixel (ຂະໜາດ Pixel), ສຽງລົບກວນນັບມືດ (DCR), ຄວາມເປັນໄປໄດ້ໃນການກວດຫາແສງ (PDE), ເວລາຕາຍ (DeadTime), ແລະເວລາຕອບສະໜອງ (ເວລາຕອບສະໜອງ). ຕົວກໍານົດການເຫຼົ່ານີ້ມີຜົນກະທົບໂດຍກົງຕໍ່ການປະຕິບັດຂອງ SPAD avalanche photodetector. ສໍາລັບຕົວຢ່າງ, ອັດຕາການນັບຊ້ໍາ (DCR) ແມ່ນຕົວກໍານົດການທີ່ສໍາຄັນສໍາລັບການກໍານົດສິ່ງລົບກວນຂອງເຄື່ອງກວດຈັບ, ແລະ SPAD ຕ້ອງການຮັກສາຄວາມລໍາອຽງທີ່ສູງກວ່າການທໍາລາຍເພື່ອເຮັດຫນ້າທີ່ເປັນເຄື່ອງກວດຈັບໂຟຕອນດຽວ. ຄວາມເປັນໄປໄດ້ຂອງການກວດຫາແສງ (PDE) ກໍານົດຄວາມອ່ອນໄຫວຂອງ SPADເຄື່ອງກວດຈັບພາບຂອງຫິມະຕົກແລະໄດ້ຮັບຜົນກະທົບຈາກຄວາມເຂັ້ມຂຸ້ນແລະການແຜ່ກະຈາຍຂອງພາກສະຫນາມໄຟຟ້າ. ນອກຈາກນັ້ນ, DeadTime ແມ່ນເວລາທີ່ຕ້ອງການສໍາລັບ SPAD ເພື່ອກັບຄືນສູ່ສະພາບເບື້ອງຕົ້ນຂອງຕົນຫຼັງຈາກຖືກກະຕຸ້ນ, ເຊິ່ງຜົນກະທົບຕໍ່ອັດຕາການກວດພົບ photon ສູງສຸດແລະລະດັບການເຄື່ອນໄຫວ.

ໃນການເພີ່ມປະສິດທິພາບຂອງອຸປະກອນ SPAD, ການພົວພັນຂໍ້ຈໍາກັດລະຫວ່າງຕົວກໍານົດການປະຕິບັດຫຼັກແມ່ນສິ່ງທ້າທາຍທີ່ສໍາຄັນ: ຕົວຢ່າງ, pixel miniaturization ໂດຍກົງເຮັດໃຫ້ PDE attenuation, ແລະຄວາມເຂັ້ມຂົ້ນຂອງພາກສະຫນາມໄຟຟ້າແຂບທີ່ເກີດຈາກການຂະຫນາດ miniaturization ຍັງຈະເຮັດໃຫ້ DCR ເພີ່ມຂຶ້ນຢ່າງຫຼວງຫຼາຍ. ການຫຼຸດຜ່ອນເວລາຕາຍຈະເຮັດໃຫ້ເກີດສຽງລົບກວນຫຼັງການກະຕຸ້ນ ແລະເຮັດໃຫ້ຄວາມຖືກຕ້ອງຂອງການສັ່ນສະເທືອນເວລາຫຼຸດລົງ. ໃນປັດຈຸບັນ, ການແກ້ໄຂທີ່ທັນສະ ໄໝ ໄດ້ບັນລຸລະດັບການເພີ່ມປະສິດທິພາບຂອງການຮ່ວມມືກັນໂດຍຜ່ານວິທີການຕ່າງໆເຊັ່ນ: DTI / ຮອບປ້ອງກັນ (ສະກັດກັ້ນ crosstalk ແລະການຫຼຸດຜ່ອນ DCR), ການເພີ່ມປະສິດທິພາບຂອງ pixels ລວງ, ການນໍາສະເຫນີວັດສະດຸໃຫມ່ (SiGe avalanche layer ເສີມຂະຫຍາຍການຕອບສະຫນອງ infrared), ແລະສາມມິຕິລະດັບ stacked active quenching circuits.