دیود بهمنی تک‌فوتونی
عمل > ضریب پر کردن نوری > بهبودهای هندسی

یکی از اولین روش‌های افزایش فاکتورهای پر شدن در آرایه‌های اس‌پی‌ای‌دی‌های دایره ای، جابجایی ترازهای ردیف‌های جایگزین بود به طوری که منحنی یک اس‌پی‌ای‌دی تا حدی از ناحیه بین دو اس‌پی‌ای‌دی در یک ردیف مجاور استفاده می‌کند. این مسیریابی و طرح بندی آرایه مؤثر بود اما پیچیده‌است.
برای رفع محدودیت‌های عامل پر در آرایه‌های اس‌پی‌ای‌دی که از اس‌پی‌ای‌دی‌های دایره ای شکل گرفته‌اند، از اشکال دیگری استفاده می‌شود زیرا معلوم است که اینها دارای حداکثر مقادیر بیشتر در یک ناحیه پیکسل مربع و دارای نسبت بسته‌بندی بالاتر هستند. یک اس‌پی‌ای‌دی مربع در یک پیکسل مربع بالاترین فاکتور پر شدن را بدست می‌آورد، با این وجود گوشه‌های تیز این هندسه علیرغم وجود یک حلقه محافظ، باعث خرابی زودرس دستگاه می‌شوند و در نتیجه اس‌پی‌ای‌دی‌هایی با سرعت شمارش زیاد ایجاد می‌کنند. برای مصالحه، اس‌پی‌ای‌دی‌های مربع با گوشه‌های کاملاً گرد ساخته شده‌اند. اینها اس‌پی‌ای‌دی‌های فرمات Fermat نامیده می‌شوند در حالی که شکل آنها منحنی فوق بیضی یا منحنی Lamé است. این نامگذاری در ادبیات اس‌پی‌ای‌دی رایج است، با این حال منحنی Fermat به مورد خاصی از بیضوی فوق اشاره دارد که محدودیت‌هایی را در نسبت طول، "a" و عرض شکل، "b" ایجاد می‌کند (آنها باید یکسان باشند، a = b = ۱) و درجه منحنی "n" را به عدد صحیح (۲، ۴، ۶، ۸ و غیره) محدود می‌کند. درجه "n" انحنای گوشه‌های شکل را کنترل می‌کند. در حالت ایده‌آل، برای بهینه‌سازی شکل دیود هم برای نویز کم و هم برای ضریب پر شدن زیاد، پارامترهای شکل باید از این محدودیت‌ها عاری باشند.
برای به حداقل رساندن فاصله بین مناطق فعال اس‌پی‌ای‌دی، محققان تمام مدارهای فعال را از آرایه‌ها حذف کرده‌اند و همچنین استفاده از آرایه‌های سیماس اس‌پی‌ای‌دی فقط اِن‌ماس را برای حذف حلقه محافظ اس‌پی‌ای‌دی به قوانین فاصله PM-n خوب. این مزیت است اما با مسیریابی مسافت و ازدحام در اس‌پی‌ای‌دی‌های مرکزی برای آرایه‌های بزرگتر محدود می‌شود. این مفهوم برای توسعه آرایه‌هایی استفاده شده‌است که از خوشه‌های اس‌پی‌ای‌دی در آرایش‌های اصطلاحاً mini-SiPM استفاده می‌کنند که به موجب آن یک آرایه کوچکتر با مدارهای فعال خود در یک لبه فراهم می‌شود، اجازه می‌دهد آرایه کوچک دوم در لبه دیگری تکیه داده شود. این مسئله با مسیریابی بودن تعداد دیودهای موجود در خوشه و ایجاد تعداد اس‌پی‌ای‌دی مورد نیاز در کل از مجموعه‌های این خوشه‌ها، مشکلات مسیریابی را کاهش می‌دهد.
جهش قابل توجهی در ضریب پر کردن و پیچیدگی پیکسل آرایه با تقسیم n- چاه عمیق اس‌پی‌ای‌دی‌ها در فرآیندهای سیماس و اخیراً نیز به اشتراک گذاری بخشهایی از ساختار محافظ حلقه. با این کار یکی از مهمترین قوانین جداسازی حلقه محافظ به حلقه محافظ حذف شد و باعث شد که فاکتور پر شدن به 60 یا 70%. ایده به اشتراک گذاری حلقه n و چاه محافظ در تلاش برای کاهش سطح پیکسل و افزایش تعداد کل دیودهای آرایه بسیار مهم بوده‌است. اخیراً سطحهای اس‌پی‌ای‌دی به 3.0 um و 2.2um.
محققان همچنین با تلفیق مفهومی از دیودهای نوری و ای‌پی‌دی‌ها، استفاده از میدان‌های الکتریکی رانش درون بستر سیماس را برای جذب حامل‌های ایجاد شده عکس به سمت محل اتصال فعال p-n اس‌پی‌ای‌دی بررسی کرده‌اند. با این کار می‌توان با یک ناحیه اس‌پی‌ای‌دی کوچکتر به یک ناحیه جمع‌آوری نوری بزرگ دست یافت.
مفهوم دیگری که از فناوری‌های حسگر تصویر سیماس منتقل شده، کاوش اتصالات p-n انباشته شده مشابه حسگرهای Foveon است. ایده این است که فوتون‌های با انرژی بالاتر (آبی) تمایل دارند در یک عمق جذب کوتاه، یعنی در نزدیکی سطح سیلیکون جذب شوند. فوتون‌های قرمز و مادون قرمز (انرژی کم) عمیق‌تر به سیلیکون می‌روند. اگر در آن عمق محل اتصال وجود داشته باشد، می‌توان حساسیت قرمز و IR را بهبود بخشید.