SPAD സിംഗിൾ-ഫോട്ടോൺ അവലാഞ്ച് ഫോട്ടോഡിറ്റക്ടർ

സ്പഡ്സിംഗിൾ-ഫോട്ടോൺ അവലാഞ്ച് ഫോട്ടോഡിറ്റക്ടർ

SPAD ഫോട്ടോഡിറ്റക്ടർ സെൻസറുകൾ ആദ്യമായി അവതരിപ്പിച്ചപ്പോൾ, അവ പ്രധാനമായും ഉപയോഗിച്ചിരുന്നത് കുറഞ്ഞ വെളിച്ചം കണ്ടെത്തൽ സാഹചര്യങ്ങളിലാണ്. എന്നിരുന്നാലും, അവയുടെ പ്രകടനത്തിലെ പരിണാമവും രംഗ ആവശ്യകതകളുടെ വികാസവും അനുസരിച്ച്,SPAD ഫോട്ടോഡിറ്റക്ടർഓട്ടോമോട്ടീവ് റഡാറുകൾ, റോബോട്ടുകൾ, ആളില്ലാ ആകാശ വാഹനങ്ങൾ തുടങ്ങിയ ഉപഭോക്തൃ സാഹചര്യങ്ങളിൽ സെൻസറുകൾ കൂടുതലായി പ്രയോഗിച്ചുവരുന്നു. ഉയർന്ന സംവേദനക്ഷമതയും കുറഞ്ഞ ശബ്ദ സവിശേഷതകളും കാരണം, ഉയർന്ന കൃത്യതയുള്ള ആഴത്തിലുള്ള ധാരണയും കുറഞ്ഞ വെളിച്ച ഇമേജിംഗും നേടുന്നതിന് SPAD ഫോട്ടോഡിറ്റക്ടർ സെൻസർ അനുയോജ്യമായ ഒരു തിരഞ്ഞെടുപ്പായി മാറിയിരിക്കുന്നു.

PN ജംഗ്ഷനുകളെ അടിസ്ഥാനമാക്കിയുള്ള പരമ്പരാഗത CMOS ഇമേജ് സെൻസറുകളിൽ (CIS) നിന്ന് വ്യത്യസ്തമായി, SPAD ഫോട്ടോഡിറ്റക്ടറിന്റെ കോർ ഘടന ഗീഗർ മോഡിൽ പ്രവർത്തിക്കുന്ന ഒരു അവലാഞ്ച് ഡയോഡാണ്. ഭൗതിക സംവിധാനങ്ങളുടെ വീക്ഷണകോണിൽ നിന്ന്, SPAD ഫോട്ടോഡിറ്റക്ടറിന്റെ സങ്കീർണ്ണത PN ജംഗ്ഷൻ ഉപകരണങ്ങളേക്കാൾ വളരെ കൂടുതലാണ്. ഉയർന്ന റിവേഴ്സ് ബയസിൽ, അസന്തുലിതമായ കാരിയറുകളുടെ കുത്തിവയ്പ്പ്, താപ ഇലക്ട്രോൺ ഇഫക്റ്റുകൾ, വൈകല്യ അവസ്ഥകളാൽ സഹായിക്കുന്ന ടണലിംഗ് കറന്റുകൾ തുടങ്ങിയ പ്രശ്നങ്ങൾക്ക് ഇത് കാരണമാകുമെന്ന വസ്തുതയിലാണ് ഇത് പ്രധാനമായും പ്രതിഫലിക്കുന്നത്. ഈ സവിശേഷതകൾ ഡിസൈൻ, പ്രക്രിയ, സർക്യൂട്ട് ആർക്കിടെക്ചർ തലങ്ങളിൽ കടുത്ത വെല്ലുവിളികൾ നേരിടാൻ അതിനെ പ്രേരിപ്പിക്കുന്നു.

യുടെ പൊതുവായ പ്രകടന പാരാമീറ്ററുകൾSPAD ഹിമപാത ഫോട്ടോഡിറ്റക്ടർപിക്സൽ വലുപ്പം (പിക്സൽ വലുപ്പം), ഡാർക്ക് കൗണ്ട് നോയ്‌സ് (DCR), ലൈറ്റ് ഡിറ്റക്ഷൻ പ്രോബബിലിറ്റി (PDE), ഡെഡ് ടൈം (DeadTime), റെസ്‌പോൺസ് ടൈം (റെസ്‌പോൺസ് ടൈം) എന്നിവ ഇതിൽ ഉൾപ്പെടുന്നു. ഈ പാരാമീറ്ററുകൾ SPAD അവലാഞ്ച് ഫോട്ടോഡിറ്റക്ടറിന്റെ പ്രകടനത്തെ നേരിട്ട് ബാധിക്കുന്നു. ഉദാഹരണത്തിന്, ഡിറ്റക്ടർ നോയ്‌സ് നിർവചിക്കുന്നതിനുള്ള ഒരു പ്രധാന പാരാമീറ്ററാണ് ഡാർക്ക് കൗണ്ട് റേറ്റ് (DCR), സിംഗിൾ-ഫോട്ടോൺ ഡിറ്റക്ടറായി പ്രവർത്തിക്കുന്നതിന് SPAD ബ്രേക്ക്ഡൗണിനേക്കാൾ ഉയർന്ന ഒരു ബയസ് നിലനിർത്തേണ്ടതുണ്ട്. ലൈറ്റ് ഡിറ്റക്ഷന്റെ പ്രോബബിലിറ്റി (PDE) SPAD യുടെ സംവേദനക്ഷമത നിർണ്ണയിക്കുന്നു.ഹിമപാത ഫോട്ടോഡിറ്റക്ടർകൂടാതെ വൈദ്യുത മണ്ഡലത്തിന്റെ തീവ്രതയും വിതരണവും ഇതിനെ ബാധിക്കുന്നു. കൂടാതെ, SPAD പ്രവർത്തനക്ഷമമാക്കിയതിനുശേഷം അതിന്റെ പ്രാരംഭ അവസ്ഥയിലേക്ക് മടങ്ങാൻ ആവശ്യമായ സമയമാണ് DeadTime, ഇത് പരമാവധി ഫോട്ടോൺ കണ്ടെത്തൽ നിരക്കിനെയും ചലനാത്മക ശ്രേണിയെയും ബാധിക്കുന്നു.

SPAD ഉപകരണങ്ങളുടെ പ്രകടന ഒപ്റ്റിമൈസേഷനിൽ, കോർ പ്രകടന പാരാമീറ്ററുകൾ തമ്മിലുള്ള നിയന്ത്രണ ബന്ധം ഒരു പ്രധാന വെല്ലുവിളിയാണ്: ഉദാഹരണത്തിന്, പിക്സൽ മിനിയേച്ചറൈസേഷൻ നേരിട്ട് PDE അറ്റൻയുവേഷനിലേക്ക് നയിക്കുന്നു, കൂടാതെ വലുപ്പ മിനിയേച്ചറൈസേഷൻ മൂലമുണ്ടാകുന്ന എഡ്ജ് ഇലക്ട്രിക് ഫീൽഡുകളുടെ സാന്ദ്രതയും DCR-ൽ കുത്തനെ വർദ്ധനവിന് കാരണമാകും. ഡെഡ് ടൈം കുറയ്ക്കുന്നത് പോസ്റ്റ്-ഇംപൾസ് നോയ്‌സിനെ പ്രേരിപ്പിക്കുകയും സമയ ജിറ്ററിന്റെ കൃത്യതയെ വഷളാക്കുകയും ചെയ്യും. ഇപ്പോൾ, കട്ടിംഗ്-എഡ്ജ് സൊല്യൂഷൻ DTI/ പ്രൊട്ടക്ഷൻ ലൂപ്പ് (ക്രോസ്‌റ്റാക്ക് അടിച്ചമർത്തുകയും DCR കുറയ്ക്കുകയും ചെയ്യുന്നു), പിക്‌സൽ ഒപ്റ്റിക്കൽ ഒപ്റ്റിമൈസേഷൻ, പുതിയ മെറ്റീരിയലുകളുടെ ആമുഖം (SiGe അവലാഞ്ച് ലെയർ ഇൻഫ്രാറെഡ് പ്രതികരണം വർദ്ധിപ്പിക്കുന്നു), ത്രിമാന സ്റ്റാക്ക് ചെയ്ത ആക്റ്റീവ് ക്വഞ്ചിംഗ് സർക്യൂട്ടുകൾ തുടങ്ങിയ രീതികളിലൂടെ ഒരു പരിധിവരെ സഹകരണ ഒപ്റ്റിമൈസേഷൻ നേടിയിട്ടുണ്ട്.