시간 창 기법을 이용한 표준 CMOS 공정에서의 단일 광자 애벌란치 다이오드 어레이 센서
Single Photon Avalanche Diode Array Sensor In Standard CMOS Process Using Time Window Technique
- 주제(키워드) 단일 광자 애벌란치 다이오드(SPAD) , 시간 창 기법 , 다크-카운트 레이트(DCR) , 애프터 펄싱(AP)
- 주제(DDC) 621.381
- 발행기관 아주대학교
- 지도교수 지동우
- 발행년도 2022
- 학위수여년월 2022. 2
- 학위명 석사
- 학과 및 전공 일반대학원 전자공학과
- 실제URI http://www.dcollection.net/handler/ajou/000000031412
- 본문언어 한국어
- 저작권 아주대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
초록/요약
본 논문에서는 시간 창 기법을 사용한 단일 광자 애벌란치 다이오드(SPAD) 어레이 센서를 제안한다. 이러한 SPAD 센서가 탐지할 수 있는 시간을 시간 창으로 제한함으로써 SPAD의 노이즈 성분인 다크-카운트 레이트 (DCR)을 최소화하고, 이를 통해 탐지율을 높이고자 한다. 각 픽셀에 공급되는 시간 창 기법과 관련된 신호는 전파 지연으로 인한 스큐를 막기 위해 클락 트리를 사용하여 각 픽셀에 공급해 주었다. 제안된 센서 어레이는 180nm BCD CMOS 공정을 사용하였으며, 48×48개의 픽셀로 이루어져 있다. 각 픽셀은 171.09μm2의 활동영역을 가지는 SPAD를 포함한 1,764μm2의 크기로 제작되었다. SPAD소자의 노이즈 특성은 데드 타임을 주어 118Hz 및 애프터 펄싱 확률을 0.47%까지 감소시켰다. 또한, 포톤 탐지 확률은 12.32%로 측정되었다. 전체 시스템은 7.56mm2의 크기로 제작되었으며, 초당 400k 프레임의 데이터를 측정하고 SPAD에는 55V의 전압을 걸어준다. 상기 조건에서 4800개의 프레임을 측정하였을 때, 923개의 포톤을 감지하였다.
more목차
I 서론 1
II 본론 5
1. 단일 광자 애벌란치 다이오드 (SPAD) 5
1.1 제안된 SPAD의 구조 및 원리 5
1.2 제안된 SPAD의 특성 15
1.2.1 SPAD의 항복전압 15
1.2.2 SPAD의 노이즈 특성 18
1.2.3 SPAD의 광 탐지 효율 25
2. 제안된 SPAD 어레이 센서 28
2.1 SPAD 픽셀 구조 및 시간 창 기법 28
2.2 데이터 판독 회로 30
2.3 SPAD 시스템 어레이 35
III 측정 39
IV 결론 45
참고문헌 47
Abstract 49
