基于雪崩二极管的QVGA图像传感器

基于雪崩二极管的QVGA图像传感器

文中介绍了基于单光子雪崩二 极 管 （SPAD） 的 QVGA（QuarterVGA即四分之一VGA显示器）图像传感器，该传感器具有8μm像素间距和26.8%填充因子（FF），适用于极弱光下成像。

单光子雪崩二极管（SPAD）传感器可捕获具有单光子敏感度和皮秒时间分辨率的光信号，是一种利用雪崩效应使光电流得到倍增的高灵敏度探测器。尽管单个SPAD器件只有单光子灵敏度，但通过多个SPAD器件进行扩展，可得到具有足够分辨率和填充因子（FF）的SPAD传感器。同时，通过增加像素转换增益和优化的读出方式，降低了读取噪声。文中，通过试验证明了SPAD器件可通过组合，达到高分辨率、高FF。

目前存在多种SPAD传感器架构，有多种分辨率形式（单点检测器、线传感器、大阵列光电倍增管和图像传感器）。文中介绍了三种SPAD图像传感器：①全数字模式（SPAD通过逆变器连接，每个光子表示为数字脉冲，用二进制数表示每一个像素的色彩和亮度；②单位存储模式：每次存储一个像素，需要多次存储最终获得完整图像；③模拟像素模式：用电压值的高低来模拟每一个像素的色彩和亮度。

研究表明，采用模拟像素模式的SPAD图像传感器布局紧凑，是目前像素及FF最高的SPAD图像传感器，其像素可扩展的到百万。随着工艺水平的不断进步，单光子雪崩二极管的性能指标会不断提高，基于雪崩二极管的QVGA图像传感器也会得到不断发展。

刊名：IEEE Transactions on Electron Devices（英）

刊期：2016年第1期

作者：Neale A.W.Dutton

编译：徐嘉浩