什麼是SPAD(單光子累增二極體)

在超過崩潰電壓的逆向偏壓下動作，即使只有 1 個光子也會藉由累增倍增而輸出大脈衝的受光元件。用於 LiDAR 等距離測量。

日文名稱: SPAD(単一光子アバランシェダイオード)

「SPAD(單光子累增二極體)」出現在2領域的3道練習題中（影像感測器與光電元件, PN接面與二極體等）。

這個名詞所屬的領域: 影像感測器與光電元件

練習SPAD(單光子累增二極體)的題目

關於突崩光二極體（APD）的特徵，下列何者正確？

  1. A通電時會強烈發光
  2. B利用突崩倍增在內部放大光電流，可高靈敏度地偵測微弱光
  3. C將交流轉換為直流
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正確答案：B. 利用突崩倍增在內部放大光電流，可高靈敏度地偵測微弱光

APD是施加接近崩潰電壓的大逆向偏壓，使光產生的載子藉由突崩倍增增加為數十至數百倍後取出的光二極體。藉由內部放大，可偵測容易被後級放大器雜訊淹沒的微弱光。它被用於光通訊的接收器與LiDAR，而超過崩潰電壓、即使1個光子也能輸出大脈衝的蓋革模式（SPAD），則用於距離量測與量子光學。

關於ToF（Time of Flight，飛行時間）感測器的量測原理，下列何者正確？

  1. A由照射的光經對象物反射後返回所需的時間求出距離
  2. B由聲音的反射求出溫度
  3. C由對象物的顏色推估距離
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正確答案：A. 由照射的光經對象物反射後返回所需的時間求出距離

ToF感測器量測光源發出的光經對象物反射返回所需的時間，並以 距離 = 光速 × 時間 ÷ 2 求出距離。即使距離1 m，來回也只需約6.7 ns，因此有直接量測脈衝時間的dToF（使用SPAD），以及由調變光的相位偏移求得的iToF。其用於智慧型手機的臉部辨識與AR、機器人、汽車的LiDAR等，以掌握周圍的立體形狀。

解析中的「SPAD(單光子累增二極體)」

出現「SPAD(單光子累增二極體)」的題目（3題）

  1. 關於突崩光二極體（APD）的特徵，下列何者正確？
  2. 關於ToF（Time of Flight，飛行時間）感測器的量測原理，下列何者正確？
  3. 在超過崩潰電壓的逆向偏壓下運作，即使只有1個光子也會因累增倍增而產生脈衝的受光元件為下列何者？

相關名詞

光二極體 ToF(飛行時間) 全域快門 固定圖樣雜訊 拜耳陣列 相關雙重取樣(CDS) 背照式(BSI) 堆疊式 CMOS 影像感測器 捲簾快門 嵌入式光二極體(釘紮光二極體)

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