Распределение заряда - Charge sharing

Распределение заряда является эффектом ухудшения сигнала из-за переноса зарядов из одного электронного домена в другой.

Разделение заряда в полупроводниковых детекторах излучения

В пиксельном полупроводнике детекторы излучения - Такие как счет фотонов или же гибридные пиксельные детекторы, разделение заряда означает распространение электрических зарядов, оказывающих негативное влияние на качество изображения.

Формирование разделения заряда

В активном слое детекторов фотонных детекторов падающие фотоны преобразуются в электронно-дырочные пары через фотоэлектрический эффект. Образовавшееся облако заряда ускоряется по направлению к считывающей электронике за счет приложенного напряжения смещения. Из-за тепловой энергии и отталкивания из-за электрических полей внутри такого устройства облако заряда диффундирует, фактически увеличиваясь в поперечном размере.[1] В пиксельных детекторах этот эффект может приводить к обнаружению частей облака начального заряда в соседних пикселях. Поскольку вероятность перекрестных помех увеличивается по направлению к краям пикселей, они более заметны в детекторах с меньшим размером пикселей.[2] Кроме того, флуоресценция материала детектора над его K-краем может привести к появлению дополнительных носителей заряда, которые усиливают эффект разделения заряда. Разделение заряда может привести к ошибкам в подсчете сигнала, особенно в детекторах подсчета фотонов.

Проблемы разделения заряда

Энергия падающего фотона коррелирует с чистой суммой заряда в первичном облаке зарядов, особенно в детекторах счета фотонов. В детекторах такого типа часто используются пороговые значения, чтобы иметь возможность воздействовать на определенный уровень шума, а также различать падающие фотоны с разной энергией. Если определенная часть облака зарядов диффундирует к считывающей электронике соседнего пикселя, это приводит к обнаружению двух событий с меньшей энергией, чем у первичного фотона. Кроме того, если результирующий заряд в одном из затронутых пикселей меньше порогового значения, событие отбрасывается как шум. В целом это приводит к занижению энергии падающих фотонов. Регистрация одного падающего фотона в нескольких пикселях ухудшает пространственное разрешение, так как информация о первичном взаимодействии размывается. Кроме того, этот эффект приводит к ухудшению энергетического разрешения из-за общей недооценки. Разделение заряда снижает эффективность дозы, особенно в медицинских приложениях, а это означает, что полезная доля падающей дозы для приложений визуализации уменьшается.

Исправление разделения заряда

Есть несколько подходов к исправлению разделения заряда.[3] Один из подходов состоит в том, чтобы пренебречь всеми событиями, когда в одном временном окне есть отклик детектора в более чем одном соответствующем пикселе, что серьезно снижает эффективность детектора и ограничивает возможную максимальную скорость счета. Другой подход - добавление низких уровней сигнала коррелированных событий в соседних пикселях и отнесение к пикселю с наибольшим сигналом. Другие подходы к коррекции в основном основаны на деконволюции в области сигнала с учетом калиброванного отклика детектора.

Распределение заряда в цифровой электронике

В цифровой электронике разделение заряда является нежелательным целостность сигнала явление, наиболее часто наблюдаемое в Логика домино семья цифровые схемы. Проблема разделения заряда возникает, когда заряд, который хранится в выходном узле в фазе предварительной зарядки, распределяется между выходными емкостями или емкостями перехода транзисторов, которые находятся в фазе оценки. Распределение заряда может снизить уровень выходного напряжения или даже вызвать ошибочное выходное значение.[4]

Рекомендации

  1. ^ Chmeissani, M .; Микулец, Б. (2001). «Пределы производительности пиксельной системы подсчета одиночных фотонов». Ядерные инструменты и методы в физических исследованиях Секция A: ускорители, спектрометры, детекторы и связанное с ними оборудование. 460 (1): 81–90. Bibcode:2001NIMPA.460 ... 81C. Дои:10.1016 / S0168-9002 (00) 01100-1.
  2. ^ Миронакис, Мариос Э .; Дарамбара, Димитра Г. (28 декабря 2010 г.). «Исследование методом Монте-Карло эффектов переноса заряда на энергетическое разрешение и эффективность обнаружения пиксельных детекторов CZT для приложений SPECT / PET: Исследование эффектов переноса заряда на пиксельных детекторах CZT». Медицинская физика. 38 (1): 455–467. Дои:10.1118/1.3532825. PMID  21361214.
  3. ^ Bugby, S.L .; Koch-Mehrin, K.A .; Veale, M.C .; Уилсон, доктор медицины; Лис, Дж. Э. (2019). «Коррекция потерь энергии в событиях разделения заряда для улучшения характеристик пиксельных составных полупроводников». Ядерные инструменты и методы в физических исследованиях Секция A: ускорители, спектрометры, детекторы и связанное с ними оборудование. 940: 142–151. Bibcode:2019NIMPA.940..142B. Дои:10.1016 / j.nima.2019.06.017.
  4. ^ Мохит Кумар Гупта (2006). EDA для реализации ИС, схемотехники и технологических процессов. CRC Press. ISBN  0-8493-7924-5.