SPADtyyppisiä

SPAD-tyyppisiä viittaa SPAD-diodiin (single-photon avalanche diode) perustuvien fotonihavaitsemisjärjestelmien luokkaan. SPAD on kiinteäpiirinen diodi, joka toimii Geiger-tilassa ja havaitsee yksittäisiä fotoneja erittäin suurella herkkyydellä sekä tarkalla ajoituksella.

Toimintaperiaate: SPAD-tyyppiset sensorit kytketään yli breakdown-jännitteen. Kun fotoni osuu diodiin, se käynnistää sähköpurkauksen eli avalanchen, joka rekisteröidään pulssina. Purkaus pysäytetään nopeasti quenching-kytkennällä, ja diodi palautuu valmiiksi seuraavaa fotonia varten. Tämä mahdollistaa erittäin nopean vasteen ja korkean gaints.

Keskeisiä suorituskykyarvoja ovat PDE (photon detection efficiency), ajoitusjitter, dark count rate sekä afterpulsing ja crosstalk. PDE riippuu valon aallonpituudesta ja jännitteestä; ajoitusjitter on tyypillisesti useiden kymmentä picosekuntia, ja dark count -laskenta kasvaa lämpötilan mukana. Afterpulsing johtuu trap-tiloista, ja crosstalk tarkoittaa viereisten SPADien aiheuttamaa virheellistä laukaisua. SPAD-ruudukot mahdollistavat kuvantamisen ja nopean signaalin kartoituksen; ne voivat olla CMOS-yhteensopivia.

Käyttökohteita ovat muun muassa lidar- ja time-of-flight -järjestelmät etäisyyden mittaamiseen, fluorescence lifetime imaging microscopy (FLIM) sekä kvanttitekniikka ja useat biolääketieteelliset sekä astronomiset sovellukset. SPAD-tyyppisten sensorien etuja ovat korkea herkkyys, nopea ajoitus ja mahdollisuus integroida CMOS-pagineihin, mutta niihin liittyy haasteita kuten afterpulsing, crosstalk sekä lämpötilasta riippuva dark count. Kehitys keskittyy parempiin PDE-kykyihin, pienempiin jitter-arvoihin ja suurempiin ruudukkoihin sekä parempaan kuvatietoon.