单光子雪崩二极管(Single Photon Avalanche Diode,SPAD)是一种具有单光子探测能力的光电器件，能够用光速实现距离测量，达到微秒级测量时间及亚毫米测量精度，同时它能以光子计数的方式进行图像采集，实现夜视成像或高速成像，是新一代单光子感知芯片的核心器件。

       虽然传统的光敏探测器、光电二极管和许多雪崩光电二极管在量子效率方面有较高的灵敏度，但SPAD的优势在于, 接收弱光信号时, 有较高的信噪比弱光信号一般来自微弱的发光源，例如小颗粒、低透射样品，或者在高速下扫描成像。 除了在检测弱光信号时表现出高信噪比（SNR）之外，SPAD 在测量事件时间时也特别的精确(<150ps)， 这归功于它们强大的电荷倍增增益。以上这些特点使得SPADs探测器在激光雷达(LiDAR)、长距离光纤通信、正电子断层摄影和粒子物理等领域中具有广泛的应用前景。另外还可以用于激光对焦、微光成像和荧光分析等领域。

 

工作原理：

     工作在盖革模式下的雪崩光电二极管(APD)可以探测单光子。将APD反向偏振到击穿电压之上(图1(a)的点A)可达到单光子灵敏度。APD将保持在亚稳态，直至一个光子到达产生雪崩(点B)。雪崩通过APD内部的有源抑制电路抑制(点C)，使得偏置电压低于击穿电压(图1(a)中标记为VBR)。  当在SPAD两端施加更高的反向偏置电压（反偏电压大于击穿电压）时，器件内部耗尽区内拥有极高场强，此时光子进入SPAD内部，并产生一个光电子后，利用电离碰撞(雪崩击穿)的效应，可以获得大约100倍的内部电流增益，进而引发雪崩倍增效应。这时候的电流就会非常大，能够很轻易的被电路侦测到。在制程上，透过掺杂技术的不同，可以让SPAD允许施加更高的电压而不会被击穿，从而获得更大的增益。

            

图1：（a）以盖革模式工作的雪崩光电二极管的电流电压特性（b）雪崩倍增效应原理图

产品特点：

• 高增益，可达10⁶以上
• 极微弱紫外信号快速测量
• 响应速度快，可达纳秒量级
• 暗电流小，暗计数率低
• TO封装方式