SPAD سنگل فوٹون برفانی تودہ فوٹو ڈیٹیکٹر

SPADسنگل فوٹون برفانی تودہ فوٹو ڈیٹیکٹر

جب SPAD فوٹو ڈیٹیکٹر سینسر پہلی بار متعارف کرائے گئے تھے، تو وہ بنیادی طور پر کم روشنی کا پتہ لگانے والے منظرناموں میں استعمال ہوتے تھے۔ تاہم، ان کی کارکردگی کے ارتقاء اور منظر کی ضروریات کی ترقی کے ساتھ،SPAD فوٹو ڈیٹیکٹرآٹوموٹیو ریڈارز، روبوٹس اور بغیر پائلٹ کے فضائی گاڑیوں جیسے صارفین کے منظرناموں میں سینسرز کا تیزی سے اطلاق ہوتا رہا ہے۔ اس کی اعلی حساسیت اور کم شور کی خصوصیات کی وجہ سے، SPAD فوٹو ڈیٹیکٹر سینسر اعلی درستگی کی گہرائی کے ادراک اور کم روشنی والی امیجنگ کے حصول کے لیے ایک مثالی انتخاب بن گیا ہے۔

PN جنکشنز پر مبنی روایتی CMOS امیج سینسرز (CIS) کے برعکس، SPAD فوٹو ڈیٹیکٹر کا بنیادی ڈھانچہ ایک برفانی تودہ ہے جو گیجر موڈ میں کام کرتا ہے۔ جسمانی میکانزم کے نقطہ نظر سے، SPAD فوٹو ڈیٹیکٹر کی پیچیدگی PN جنکشن آلات کی نسبت نمایاں طور پر زیادہ ہے۔ یہ بنیادی طور پر اس حقیقت سے ظاہر ہوتا ہے کہ زیادہ ریورس تعصب کے تحت، یہ غیر متوازن کیریئرز کے انجکشن، تھرمل الیکٹران اثرات، اور خرابی کی حالتوں کی مدد سے ٹنلنگ کرنٹ جیسے مسائل پیدا کرنے کا زیادہ امکان ہے۔ یہ خصوصیات اسے ڈیزائن، عمل اور سرکٹ فن تعمیر کی سطحوں پر شدید چیلنجوں کا سامنا کرتی ہیں۔

کے عام کارکردگی کے پیرامیٹرزSPAD برفانی تودہ فوٹو ڈیٹیکٹرپکسل سائز (پکسل سائز)، ڈارک گنتی شور (DCR)، روشنی کا پتہ لگانے کا امکان (PDE)، ڈیڈ ٹائم (ڈیڈ ٹائم)، اور رسپانس ٹائم (رسپانس ٹائم) شامل ہیں۔ یہ پیرامیٹرز براہ راست SPAD برفانی تودہ فوٹو ڈیٹیکٹر کی کارکردگی کو متاثر کرتے ہیں۔ مثال کے طور پر، ڈارک کاؤنٹ ریٹ (DCR) ڈیٹیکٹر شور کی وضاحت کے لیے ایک کلیدی پیرامیٹر ہے، اور SPAD کو سنگل فوٹون ڈیٹیکٹر کے طور پر کام کرنے کے لیے بریک ڈاؤن سے زیادہ تعصب برقرار رکھنے کی ضرورت ہے۔ روشنی کا پتہ لگانے کا امکان (PDE) SPAD کی حساسیت کا تعین کرتا ہے۔برفانی تودہ فوٹو ڈیٹیکٹراور برقی میدان کی شدت اور تقسیم سے متاثر ہوتا ہے۔ اس کے علاوہ، ڈیڈ ٹائم وہ وقت ہے جو SPAD کو متحرک ہونے کے بعد اپنی ابتدائی حالت میں واپس آنے کے لیے درکار ہوتا ہے، جو زیادہ سے زیادہ فوٹوون کا پتہ لگانے کی شرح اور متحرک حد کو متاثر کرتا ہے۔

SPAD ڈیوائسز کی پرفارمنس آپٹیمائزیشن میں، بنیادی کارکردگی کے پیرامیٹرز کے درمیان رکاوٹ کا تعلق ایک بڑا چیلنج ہے: مثال کے طور پر، پکسل کا چھوٹا ہونا براہ راست PDE کی توجہ کا باعث بنتا ہے، اور سائز کی مائنیچرائزیشن کی وجہ سے ایج الیکٹرک فیلڈز کا ارتکاز بھی DCR میں تیزی سے اضافے کا سبب بنے گا۔ ڈیڈ ٹائم کو کم کرنا پوسٹ ایمپلس شور پیدا کرے گا اور وقت کے گھماؤ کی درستگی کو خراب کرے گا۔ اب، جدید ترین حل نے DTI/ پروٹیکشن لوپ (کراسسٹالک کو دبانا اور DCR کو کم کرنا)، پکسل آپٹیکل آپٹیمائزیشن، نئے مواد کا تعارف (SiGe avalanche layer enhancing infrared Response)، اور تھری ڈائمینشنل اسٹیکڈ ایکٹو سرکٹس جیسے طریقوں کے ذریعے باہمی تعاون کی ایک خاص حد تک اصلاح حاصل کر لی ہے۔