SPAD ಸಿಂಗಲ್-ಫೋಟಾನ್ ಅವಲಾಂಚೆ ಫೋಟೊಡೆಕ್ಟರ್

SPADಏಕ-ಫೋಟಾನ್ ಹಿಮಪಾತ ಫೋಟೊಡೆಕ್ಟರ್

SPAD ಫೋಟೊಡೆಕ್ಟರ್ ಸಂವೇದಕಗಳನ್ನು ಮೊದಲು ಪರಿಚಯಿಸಿದಾಗ, ಅವುಗಳನ್ನು ಮುಖ್ಯವಾಗಿ ಕಡಿಮೆ-ಬೆಳಕಿನ ಪತ್ತೆ ಸನ್ನಿವೇಶಗಳಲ್ಲಿ ಬಳಸಲಾಗುತ್ತಿತ್ತು. ಆದಾಗ್ಯೂ, ಅವುಗಳ ಕಾರ್ಯಕ್ಷಮತೆಯ ವಿಕಸನ ಮತ್ತು ದೃಶ್ಯ ಅವಶ್ಯಕತೆಗಳ ಅಭಿವೃದ್ಧಿಯೊಂದಿಗೆ,SPAD ಫೋಟೋಡೆಕ್ಟರ್ಆಟೋಮೋಟಿವ್ ರಾಡಾರ್‌ಗಳು, ರೋಬೋಟ್‌ಗಳು ಮತ್ತು ಮಾನವರಹಿತ ವೈಮಾನಿಕ ವಾಹನಗಳಂತಹ ಗ್ರಾಹಕರ ಸನ್ನಿವೇಶಗಳಲ್ಲಿ ಸಂವೇದಕಗಳನ್ನು ಹೆಚ್ಚಾಗಿ ಅನ್ವಯಿಸಲಾಗುತ್ತಿದೆ. ಅದರ ಹೆಚ್ಚಿನ ಸಂವೇದನೆ ಮತ್ತು ಕಡಿಮೆ ಶಬ್ದ ಗುಣಲಕ್ಷಣಗಳಿಂದಾಗಿ, SPAD ಫೋಟೊಡೆಕ್ಟರ್ ಸಂವೇದಕವು ಹೆಚ್ಚಿನ ನಿಖರವಾದ ಆಳ ಗ್ರಹಿಕೆ ಮತ್ತು ಕಡಿಮೆ-ಬೆಳಕಿನ ಚಿತ್ರಣವನ್ನು ಸಾಧಿಸಲು ಸೂಕ್ತ ಆಯ್ಕೆಯಾಗಿದೆ.

PN ಜಂಕ್ಷನ್‌ಗಳನ್ನು ಆಧರಿಸಿದ ಸಾಂಪ್ರದಾಯಿಕ CMOS ಇಮೇಜ್ ಸೆನ್ಸರ್‌ಗಳು (CIS) ಗಿಂತ ಭಿನ್ನವಾಗಿ, SPAD ಫೋಟೊಡೆಕ್ಟರ್‌ನ ಮೂಲ ರಚನೆಯು ಗೀಗರ್ ಮೋಡ್‌ನಲ್ಲಿ ಕಾರ್ಯನಿರ್ವಹಿಸುವ ಅವಲಾಂಚೆ ಡಯೋಡ್ ಆಗಿದೆ. ಭೌತಿಕ ಕಾರ್ಯವಿಧಾನಗಳ ದೃಷ್ಟಿಕೋನದಿಂದ, SPAD ಫೋಟೊಡೆಕ್ಟರ್‌ನ ಸಂಕೀರ್ಣತೆಯು PN ಜಂಕ್ಷನ್ ಸಾಧನಗಳಿಗಿಂತ ಗಮನಾರ್ಹವಾಗಿ ಹೆಚ್ಚಾಗಿದೆ. ಹೆಚ್ಚಿನ ರಿವರ್ಸ್ ಬಯಾಸ್ ಅಡಿಯಲ್ಲಿ, ಅಸಮತೋಲಿತ ವಾಹಕಗಳ ಇಂಜೆಕ್ಷನ್, ಉಷ್ಣ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ ಪರಿಣಾಮಗಳು ಮತ್ತು ದೋಷ ಸ್ಥಿತಿಗಳಿಂದ ಸಹಾಯ ಮಾಡುವ ಸುರಂಗ ಮಾರ್ಗ ಪ್ರವಾಹಗಳಂತಹ ಸಮಸ್ಯೆಗಳನ್ನು ಉಂಟುಮಾಡುವ ಸಾಧ್ಯತೆ ಹೆಚ್ಚು ಎಂಬ ಅಂಶದಲ್ಲಿ ಇದು ಮುಖ್ಯವಾಗಿ ಪ್ರತಿಫಲಿಸುತ್ತದೆ. ಈ ಗುಣಲಕ್ಷಣಗಳು ವಿನ್ಯಾಸ, ಪ್ರಕ್ರಿಯೆ ಮತ್ತು ಸರ್ಕ್ಯೂಟ್ ಆರ್ಕಿಟೆಕ್ಚರ್ ಹಂತಗಳಲ್ಲಿ ತೀವ್ರ ಸವಾಲುಗಳನ್ನು ಎದುರಿಸುವಂತೆ ಮಾಡುತ್ತದೆ.

ಸಾಮಾನ್ಯ ಕಾರ್ಯಕ್ಷಮತೆಯ ನಿಯತಾಂಕಗಳುSPAD ಹಿಮಪಾತ ಫೋಟೊಡೆಕ್ಟರ್ಪಿಕ್ಸೆಲ್ ಗಾತ್ರ (ಪಿಕ್ಸೆಲ್ ಗಾತ್ರ), ಡಾರ್ಕ್ ಕೌಂಟ್ ಶಬ್ದ (DCR), ಬೆಳಕಿನ ಪತ್ತೆ ಸಂಭವನೀಯತೆ (PDE), ಡೆಡ್ ಟೈಮ್ (ಡೆಡ್ ಟೈಮ್), ಮತ್ತು ರೆಸ್ಪಾನ್ಸ್ ಸಮಯ (ರೆಸ್ಪಾನ್ಸ್ ಟೈಮ್) ಸೇರಿವೆ. ಈ ನಿಯತಾಂಕಗಳು SPAD ಅವಲಾಂಚೆ ಫೋಟೊಡೆಕ್ಟರ್‌ನ ಕಾರ್ಯಕ್ಷಮತೆಯನ್ನು ನೇರವಾಗಿ ಪರಿಣಾಮ ಬೀರುತ್ತವೆ. ಉದಾಹರಣೆಗೆ, ಡಾರ್ಕ್ ಕೌಂಟ್ ದರ (DCR) ಡಿಟೆಕ್ಟರ್ ಶಬ್ದವನ್ನು ವ್ಯಾಖ್ಯಾನಿಸಲು ಒಂದು ಪ್ರಮುಖ ನಿಯತಾಂಕವಾಗಿದೆ ಮತ್ತು ಏಕ-ಫೋಟಾನ್ ಡಿಟೆಕ್ಟರ್ ಆಗಿ ಕಾರ್ಯನಿರ್ವಹಿಸಲು SPAD ಸ್ಥಗಿತಕ್ಕಿಂತ ಹೆಚ್ಚಿನ ಪಕ್ಷಪಾತವನ್ನು ಕಾಯ್ದುಕೊಳ್ಳುವ ಅಗತ್ಯವಿದೆ. ಬೆಳಕಿನ ಪತ್ತೆಯ ಸಂಭವನೀಯತೆ (PDE) SPAD ನ ಸೂಕ್ಷ್ಮತೆಯನ್ನು ನಿರ್ಧರಿಸುತ್ತದೆ.ಹಿಮಪಾತ ದ್ಯುತಿಶೋಧಕಮತ್ತು ವಿದ್ಯುತ್ ಕ್ಷೇತ್ರದ ತೀವ್ರತೆ ಮತ್ತು ವಿತರಣೆಯಿಂದ ಪ್ರಭಾವಿತವಾಗಿರುತ್ತದೆ. ಇದರ ಜೊತೆಗೆ, ಡೆಡ್‌ಟೈಮ್ ಎಂದರೆ SPAD ಪ್ರಚೋದಿಸಲ್ಪಟ್ಟ ನಂತರ ಅದರ ಆರಂಭಿಕ ಸ್ಥಿತಿಗೆ ಮರಳಲು ಬೇಕಾದ ಸಮಯ, ಇದು ಗರಿಷ್ಠ ಫೋಟಾನ್ ಪತ್ತೆ ದರ ಮತ್ತು ಕ್ರಿಯಾತ್ಮಕ ವ್ಯಾಪ್ತಿಯ ಮೇಲೆ ಪರಿಣಾಮ ಬೀರುತ್ತದೆ.

SPAD ಸಾಧನಗಳ ಕಾರ್ಯಕ್ಷಮತೆಯ ಆಪ್ಟಿಮೈಸೇಶನ್‌ನಲ್ಲಿ, ಕೋರ್ ಕಾರ್ಯಕ್ಷಮತೆಯ ನಿಯತಾಂಕಗಳ ನಡುವಿನ ನಿರ್ಬಂಧ ಸಂಬಂಧವು ಒಂದು ಪ್ರಮುಖ ಸವಾಲಾಗಿದೆ: ಉದಾಹರಣೆಗೆ, ಪಿಕ್ಸೆಲ್ ಮಿನಿಯೇಟರೈಸೇಶನ್ ನೇರವಾಗಿ PDE ಕ್ಷೀಣತೆಗೆ ಕಾರಣವಾಗುತ್ತದೆ ಮತ್ತು ಗಾತ್ರದ ಮಿನಿಯೇಟರೈಸೇಶನ್‌ನಿಂದ ಉಂಟಾಗುವ ಅಂಚಿನ ವಿದ್ಯುತ್ ಕ್ಷೇತ್ರಗಳ ಸಾಂದ್ರತೆಯು DCR ನಲ್ಲಿ ತೀವ್ರ ಹೆಚ್ಚಳಕ್ಕೆ ಕಾರಣವಾಗುತ್ತದೆ. ಡೆಡ್ ಟೈಮ್ ಅನ್ನು ಕಡಿಮೆ ಮಾಡುವುದರಿಂದ ನಂತರದ ಪ್ರಚೋದನೆಯ ಶಬ್ದವನ್ನು ಪ್ರೇರೇಪಿಸುತ್ತದೆ ಮತ್ತು ಸಮಯದ ಜಿಟರ್‌ನ ನಿಖರತೆಯನ್ನು ಹದಗೆಡಿಸುತ್ತದೆ. ಈಗ, ಅತ್ಯಾಧುನಿಕ ಪರಿಹಾರವು DTI/ ಪ್ರೊಟೆಕ್ಷನ್ ಲೂಪ್ (ಕ್ರಾಸ್‌ಟಾಕ್ ಅನ್ನು ನಿಗ್ರಹಿಸುವುದು ಮತ್ತು DCR ಅನ್ನು ಕಡಿಮೆ ಮಾಡುವುದು), ಪಿಕ್ಸೆಲ್ ಆಪ್ಟಿಕಲ್ ಆಪ್ಟಿಮೈಸೇಶನ್, ಹೊಸ ವಸ್ತುಗಳ ಪರಿಚಯ (SiGe ಅವಲಾಂಚೆ ಪದರವು ಅತಿಗೆಂಪು ಪ್ರತಿಕ್ರಿಯೆಯನ್ನು ಹೆಚ್ಚಿಸುವುದು) ಮತ್ತು ಮೂರು ಆಯಾಮದ ಸ್ಟ್ಯಾಕ್ ಮಾಡಿದ ಸಕ್ರಿಯ ಕ್ವೆಂಚಿಂಗ್ ಸರ್ಕ್ಯೂಟ್‌ಗಳಂತಹ ವಿಧಾನಗಳ ಮೂಲಕ ಒಂದು ನಿರ್ದಿಷ್ಟ ಮಟ್ಟದ ಸಹಯೋಗದ ಆಪ್ಟಿಮೈಸೇಶನ್ ಅನ್ನು ಸಾಧಿಸಿದೆ.