Im Vergleich zu herkömmlichen Photodioden arbeiten SPADs oberhalb des Durchbruchs im sogenannten Geiger-Modus. Dadurch können die Dioden auch bei geringer Intensität des detektierten Lichts ein deutlich größeres Ausgangssignal erzeugen. Da der für die Signalverstärkung verantwortliche Avalanche-Effekt sehr schnell ist, liegt die zeitliche Auflösung von SPADs im Pikosekundenbereich. Daher werden SPADs in Photonen-Time-of-Arrival-Messungen und Direct-Time-of-Flight-Systemen häufig eingesetzt.
SPADs für LiDAR (Light Detection and Ranging)
Aufgrund ihrer einzigartigen Eigenschaften können SPAD-basierte LiDAR-Sensoren für eine Vielzahl von Anwendungen in verschiedenen Bereichen eingesetzt werden. Zu den Anwendungen im Automobilbereich gehören Advanced Driver Assistance Systems (ADAS) und vollautonome Fahrzeuge. Weitere Anwendungen von LiDAR-Systemen sind Verkehrsüberwachung, Personenzählung und Gestenerkennung. Die Logistik kann vom Einsatz von LiDAR-Techniken zur schnellen Form- und Volumenmessung von Schüttgütern profitieren, während Produktionsanlagen diese Technologie zur Überwachung von Fertigungsprozessen nutzen können. Da LiDAR-Systeme mit IR-Beleuchtung auch im Dunkeln arbeiten, eignen sie sich auch besonders für die Objektüberwachung. Erfordert die vorgesehene Anwendung keine räumliche Auflösung, wie z. B. Abstands- und Geschwindigkeitsmessung mit einem einzelnen Laserspot, kann eine große Detektorfläche mit parallel geschalteten SPAD-Elementen die Reichweite erhöhen und die benötigte Laserleistung verringern.
Andere SPAD-Anwendungen
Aufgrund der hohen Empfindlichkeit, der guten zeitlichen Auflösung, des hohen Dynamikbereichs und des vergleichsweise geringen Spannungsbedarfs können viele Anwendungen vom Einsatz der SPAD-basierten Sensoren profitieren.
Solche Anwendungen sind unter anderem:
- Schwachlicht-Sehen
- zeitkorrelierte Spektroskopie
- Fluoreszenz-Lebensdauer
- Mikroskopie
- Positronen-Emissions-Tomographie.
Fraunhofer-Institut für Mikroelektronische Schaltungen und Systeme IMS
