SPAD nhận một photon bằng thác lũ điện tích trong bán dẫn ra sao?
Khám phá mở rộng – Vật lý 12
SPAD là diode quang bán dẫn làm việc trong chế độ mà một hạt tải khởi phát có thể gây một thác lũ điện tích, tạo xung đủ rõ để ghi nhận. Photon có thể là tác nhân khởi phát; năng lượng làm xung lớn đến từ nguồn phân cực, không phải photon tự biến thành nguồn điện vô hạn.
Một tín hiệu nhỏ kích hoạt một đáp ứng lớn
Khi photon được hấp thụ phù hợp, nó có thể tạo cặp electron–lỗ trống. Điện trường mạnh đưa hạt tải tới vùng có khả năng gây ion hóa va chạm, sinh thêm hạt tải và làm quá trình nhân phát triển.
Không phải mọi photon tới bề mặt đều dẫn đến xung được ghi. Bước sóng, vùng nhạy và xác suất khởi phát thác lũ ảnh hưởng hiệu suất phát hiện.
Phải chủ động kết thúc thác lũ
Muốn nhận sự kiện tiếp theo, mạch cần dập thác lũ rồi phục hồi điện áp làm việc. Một cách dùng phần tử hạn dòng thích hợp; cũng có cấu trúc dập chủ động.
Trong khoảng hồi phục, điểm nhạy chưa nhất thiết có khả năng nhận một photon mới như lúc đã sẵn sàng. Đây là một nguồn giới hạn khi ánh sáng tới dồn dập. Khả năng thấy một tín hiệu rất nhỏ không đồng nghĩa đo tuyến tính mọi mức sáng.
Một xung chưa cho biết bao nhiêu photon tới cùng lúc
Trong một điểm SPAD, nhiều photon tới gần đồng thời không tự tạo những xung riêng biệt có thể đếm hết. Mảng nhiều điểm có thể cho thêm thông tin về số điểm đã kích hoạt, nhưng vẫn có bão hòa và các hiệu ứng cần hiệu chỉnh.
Nhiệt và những quá trình nền cũng có thể khởi phát xung tối. Một số hạt tải bị giữ rồi giải phóng có thể tạo xung muộn. Vì thế, số xung đo được cần được phân biệt với số photon từ mẫu thật.
Trong phép đo thời gian bay của ánh sáng, thời điểm xung có thể rất hữu ích; tuy vậy, độ chính xác thời gian và hiệu chuẩn toàn hệ vẫn quyết định kết quả khoảng cách.
Hiểu lầm: mỗi xung chắc chắn là đúng một photon hữu ích, và không bỏ lỡ photon nào.
Ghi nhớ: photon có thể khởi phát, nguồn điện nuôi thác lũ, mạch dập để đo tiếp; đếm tín hiệu cần xét cả nhiễu và thời gian chết.
Đọc thêm
- Ống nhân quang biến ánh sáng rất yếu thành tín hiệu điện lớn hơn ra sao?
- Máy đếm Geiger nhận một sự kiện bức xạ bằng tín hiệu nào?
- Cảm biến CCD biến ánh sáng thành một bức ảnh điện tử ra sao?