SPAD 광검출 센서가 처음 도입되었을 당시에는 주로 저조도 감지 시나리오에 사용되었습니다. 그러나 성능이 발전하고 현장 요구 사항이 증가함에 따라SPAD 광검출기센서는 자동차 레이더, 로봇, 무인 항공기와 같은 소비자 가전 분야에서 점점 더 많이 사용되고 있습니다. 높은 감도와 낮은 노이즈 특성을 갖춘 SPAD 광검출 센서는 고정밀 깊이 인식 및 저조도 이미징을 구현하는 데 이상적인 선택이 되었습니다.
PN 접합 기반 기존 CMOS 이미지 센서(CIS)와 달리, SPAD 광검출기의 핵심 구조는 가이거 모드로 동작하는 애벌랜치 다이오드입니다. 물리적 메커니즘 관점에서 볼 때, SPAD 광검출기의 복잡성은 PN 접합 소자보다 훨씬 높습니다. 이는 높은 역방향 바이어스에서 불균형 캐리어 주입, 열전자 효과, 결함 상태에 의한 터널링 전류와 같은 문제가 발생할 가능성이 더 높다는 사실에 주로 기인합니다. 이러한 특성으로 인해 SPAD 광검출기는 설계, 공정 및 회로 구조 측면에서 심각한 과제에 직면하게 됩니다.
일반적인 성능 매개변수SPAD 애벌랜치 광검출기픽셀 크기(Pixel Size), 암흑 계수 잡음(DCR), 광 검출 확률(PDE), 데드타임(DeadTime), 그리고 응답 시간(Response Time)이 포함됩니다. 이러한 매개변수는 SPAD 애벌랜치 광 검출기의 성능에 직접적인 영향을 미칩니다. 예를 들어, 암흑 계수율(DCR)은 검출기 잡음을 정의하는 핵심 매개변수이며, SPAD는 단일 광자 검출기로 작동하기 위해 항복 전압보다 높은 바이어스를 유지해야 합니다. 광 검출 확률(PDE)은 SPAD의 감도를 결정합니다.눈사태 광검출기전기장의 세기와 분포에 영향을 받습니다. 또한, DeadTime은 SPAD가 트리거된 후 초기 상태로 돌아가는 데 걸리는 시간으로, 최대 광자 검출률과 동적 범위에 영향을 미칩니다.
SPAD 소자의 성능 최적화에서 핵심 성능 매개변수 간의 제약 관계는 중요한 과제입니다. 예를 들어, 픽셀 미세화는 PDE 감쇠로 직접 이어지고, 크기 미세화로 인한 에지 전계 집중은 DCR(직류 저항)의 급격한 증가를 유발합니다. 데드 타임을 줄이면 포스트 임펄스 잡음이 발생하고 시간 지터의 정확도가 저하됩니다. 이제 최첨단 솔루션은 DTI/보호 루프(크로스토크 억제 및 DCR 감소), 픽셀 광학 최적화, 신소재 도입(적외선 응답 향상을 위한 SiGe 애벌랜치 층), 그리고 3차원 적층 능동 소광 회로 등의 방법을 통해 어느 정도 협력적 최적화를 달성했습니다.
게시 시간: 2025년 7월 23일