SPAD snjóflóðaljósnemi með einni ljóseind

SPADeinfótóna snjóflóðaljósnemi

Þegar SPAD ljósnemar voru fyrst kynntir til sögunnar voru þeir aðallega notaðir í aðstæðum þar sem birtan var lítil. Hins vegar, með þróun afkösta þeirra og þróun krafna um umhverfið,SPAD ljósnemiSkynjarar hafa í auknum mæli verið notaðir í neytendaumhverfi eins og í ratsjám í bílum, vélmennum og ómönnuðum loftförum. Vegna mikillar næmni og lágs hávaða hefur SPAD ljósneminn orðið kjörinn kostur til að ná fram nákvæmri dýptarskynjun og myndgreiningu í litlu ljósi.

Ólíkt hefðbundnum CMOS myndflögum (CIS) sem byggja á PN-tengingum, er kjarni SPAD ljósnema snjóflóðadíóða sem starfar í Geiger-ham. Frá sjónarhóli eðlisfræðilegra verkunarhátta er flækjustig SPAD ljósnema verulega meiri en hjá PN-tengingartækjum. Þetta endurspeglast aðallega í þeirri staðreynd að við mikla öfuga spennu er líklegra að hann valdi vandamálum eins og innspýtingu ójafnvægisflutningsaðila, áhrifum varma rafeinda og göngustraumum sem aðstoðast af gallaástandi. Þessir eiginleikar gera það að verkum að hann stendur frammi fyrir miklum áskorunum á hönnunar-, ferlis- og hringrásararkitektúrstigi.

Algengar afköstarbreyturSPAD snjóflóðaljósnemieru meðal annars pixlastærð (Pixel Size), myrkratalningarhávaði (DCR), líkur á ljósgreiningu (PDE), dauðatími (DeadTime) og svörunartími (Response Time). Þessir þættir hafa bein áhrif á afköst snjóflóðaskynjarans SPAD. Til dæmis er myrkratalningarhraðinn (DCR) lykilþáttur til að skilgreina skynjarahávaði og SPAD þarf að viðhalda skekkju sem er hærri en bilunin til að virka sem einnar ljóseindaskynjari. Líkur á ljósgreiningu (PDE) ákvarða næmi SPAD.snjóflóðaljósnemiog er undir áhrifum styrkleika og dreifingar rafsviðsins. Að auki er dauðatími sá tími sem þarf fyrir SPAD að snúa aftur í upphafsstöðu eftir að hafa verið virkjaður, sem hefur áhrif á hámarks ljóseindagreiningartíðni og kraftmikið svið.

Í afköstabestun SPAD-tækja er skorðursamband milli kjarnaafkastabreytna mikil áskorun: til dæmis leiðir smámyndun pixla beint til PDE-hömlunar, og styrkur brúnarrafsviða af völdum stærðarsmækkunar mun einnig valda mikilli aukningu á DCR. Að draga úr dauðatíma mun valda hávaða eftir högg og skerða nákvæmni tímarofs. Nú hefur þessi háþróaða lausn náð ákveðnu stigi samvinnubestunar með aðferðum eins og DTI/verndarlykkju (bæla krossheyrslu og draga úr DCR), sjónrænni bestun pixla, innleiðingu nýrra efna (SiGe snjóflóðalag sem eykur innrauða svörun) og þrívíddar staflaðar virkar kælirásir.