SPAD एकल-फोटॉन हिमस्खलन फोटोडिटेक्टर

एसपीएडीएकल-फोटॉन हिमस्खलन फोटोडिटेक्टर

जब SPAD फोटोडिटेक्टर सेंसर पहली बार पेश किए गए थे, तो उनका इस्तेमाल मुख्य रूप से कम रोशनी वाले डिटेक्शन परिदृश्यों में किया जाता था। हालाँकि, उनके प्रदर्शन में सुधार और दृश्य आवश्यकताओं के विकास के साथ,SPAD फोटोडिटेक्टरऑटोमोटिव रडार, रोबोट और मानवरहित हवाई वाहनों जैसे उपभोक्ता परिदृश्यों में सेंसर का उपयोग तेज़ी से बढ़ रहा है। अपनी उच्च संवेदनशीलता और कम शोर विशेषताओं के कारण, SPAD फोटोडिटेक्टर सेंसर उच्च-सटीक गहराई बोध और कम रोशनी में इमेजिंग प्राप्त करने के लिए एक आदर्श विकल्प बन गया है।

पीएन जंक्शनों पर आधारित पारंपरिक सीएमओएस इमेज सेंसर (सीआईएस) के विपरीत, एसपीएडी फोटोडिटेक्टर की मुख्य संरचना गीगर मोड में संचालित एक एवलांच डायोड है। भौतिक तंत्र के दृष्टिकोण से, एसपीएडी फोटोडिटेक्टर की जटिलता पीएन जंक्शन उपकरणों की तुलना में काफी अधिक है। यह मुख्य रूप से इस तथ्य में परिलक्षित होता है कि उच्च रिवर्स बायस के तहत, यह असंतुलित वाहकों के इंजेक्शन, तापीय इलेक्ट्रॉन प्रभावों और दोषपूर्ण अवस्थाओं द्वारा सहायक टनलिंग धाराओं जैसी समस्याओं का कारण बनने की अधिक संभावना रखता है। ये विशेषताएँ इसे डिज़ाइन, प्रक्रिया और सर्किट आर्किटेक्चर स्तरों पर गंभीर चुनौतियों का सामना करने के लिए मजबूर करती हैं।

के सामान्य प्रदर्शन पैरामीटरSPAD हिमस्खलन फोटोडिटेक्टरइनमें पिक्सेल आकार (पिक्सेल साइज़), डार्क काउंट नॉइज़ (DCR), प्रकाश संसूचन संभावना (PDE), डेड टाइम (DeadTime), और प्रतिक्रिया समय (Response Time) शामिल हैं। ये पैरामीटर SPAD एवलांच फोटोडिटेक्टर के प्रदर्शन को सीधे प्रभावित करते हैं। उदाहरण के लिए, डार्क काउंट रेट (DCR) डिटेक्टर नॉइज़ को परिभाषित करने के लिए एक प्रमुख पैरामीटर है, और SPAD को एकल-फ़ोटॉन डिटेक्टर के रूप में कार्य करने के लिए ब्रेकडाउन से अधिक बायस बनाए रखने की आवश्यकता होती है। प्रकाश संसूचन संभावना (PDE) SPAD की संवेदनशीलता निर्धारित करती है।हिमस्खलन फोटोडिटेक्टरऔर यह विद्युत क्षेत्र की तीव्रता और वितरण से प्रभावित होता है। इसके अलावा, डेडटाइम वह समय है जो SPAD को ट्रिगर होने के बाद अपनी प्रारंभिक अवस्था में लौटने में लगता है, जो अधिकतम फोटॉन डिटेक्शन दर और डायनेमिक रेंज को प्रभावित करता है।

SPAD उपकरणों के प्रदर्शन अनुकूलन में, मुख्य प्रदर्शन मापदंडों के बीच बाधा संबंध एक बड़ी चुनौती है: उदाहरण के लिए, पिक्सेल लघुकरण सीधे PDE क्षीणन की ओर ले जाता है, और आकार लघुकरण के कारण उत्पन्न किनारे के विद्युत क्षेत्रों की सांद्रता भी DCR में तीव्र वृद्धि का कारण बनेगी। मृत समय को कम करने से पश्च-आवेग शोर उत्पन्न होगा और समय कंपन की सटीकता कम हो जाएगी। अब, अत्याधुनिक समाधान ने DTI/ सुरक्षा लूप (क्रॉसस्टॉक का दमन और DCR को कम करना), पिक्सेल ऑप्टिकल अनुकूलन, नई सामग्रियों के प्रयोग (SiGe हिमस्खलन परत जो अवरक्त प्रतिक्रिया को बढ़ाती है), और त्रि-आयामी स्टैक्ड सक्रिय शमन सर्किट जैसी विधियों के माध्यम से एक निश्चित स्तर का सहयोगात्मक अनुकूलन प्राप्त कर लिया है।