Распределение заряда
Распределение заряда — это эффект ухудшения качества сигнала за счет переноса зарядов из одного электронного домена в другой.
Распределение заряда в полупроводниковых детекторах излучения
[ редактировать ]В пиксельных полупроводниковых детекторах излучения , таких как счетчики фотонов или гибридные пиксельные детекторы , разделение заряда означает диффузию электрических зарядов, оказывающую негативное влияние на качество изображения.
Формирование разделения заряда
[ редактировать ]В активном детекторном слое детекторов фотонов падающие фотоны преобразуются в электронно-дырочные пары посредством фотоэлектрического эффекта . Образующееся облако заряда ускоряется по направлению к считывающей электронике посредством приложенного напряжения смещения. Из-за тепловой энергии и отталкивания электрических полей внутри такого устройства облако заряда диффундирует, фактически увеличиваясь в поперечном размере. [1] В пиксельных детекторах этот эффект может привести к обнаружению частей исходного облака заряда в соседних пикселях. Поскольку вероятность этих 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, считающих фотоны.
Проблемы распределения заряда
[ редактировать ]Особенно в детекторах, считающих фотоны, энергия падающего фотона коррелирует с чистой суммой зарядов в первичном облаке зарядов. Детекторы такого типа часто используют пороговые значения, чтобы иметь возможность действовать при определенном уровне шума, а также различать падающие фотоны разных энергий. Если определенная часть облака зарядов диффундирует к считывающей электронике соседнего пикселя, это приводит к регистрации двух событий с меньшей энергией, чем у первичного фотона. Более того, если результирующий заряд в одном из затронутых пикселей меньше порога, событие отбрасывается как шум. В целом это приводит к занижению энергии падающих фотонов. Регистрация одного падающего фотона в нескольких пикселях ухудшает пространственное разрешение, поскольку информация о первичном взаимодействии размывается. Кроме того, этот эффект приводит к ухудшению энергетического разрешения из-за общей заниженности. Распределение заряда снижает эффективность дозы, особенно в медицинских приложениях, а это означает, что полезная доля падающей дозы для приложений визуализации уменьшается.
Исправление распределения заряда
[ редактировать ]Существует несколько подходов к коррекции распределения заряда. [3] Один из подходов состоит в том, чтобы игнорировать все события, когда в одном и том же временном окне наблюдается отклик детектора более чем в одном соответствующем пикселе, что серьезно снижает эффективность детектора и ограничивает возможную максимальную скорость счета. Другой подход заключается в добавлении низких уровней сигнала коррелированных событий в соседних пикселях и отнесении 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
[ редактировать ]В цифровой электронике разделение заряда является нежелательным явлением целостности сигнала , которое чаще всего наблюдается в логики Domino семействе цифровых схем . Проблема распределения заряда возникает, когда заряд, который хранится в выходном узле на этапе предварительной зарядки, распределяется между выходными емкостями или емкостями перехода транзисторов, которые находятся на этапе оценки. Распределение заряда может ухудшить уровень выходного напряжения или даже привести к ошибочному выходному значению. [4]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Чмейссани, М.; Микулек, Б. (2001). «Пределы производительности пиксельной системы подсчета одиночных фотонов». Ядерные приборы и методы в физических исследованиях. Раздел А: Ускорители, спектрометры, детекторы и сопутствующее оборудование . 460 (1): 81–90. Бибкод : 2001NIMPA.460...81C . дои : 10.1016/S0168-9002(00)01100-1 .
- ^ Миронакис, Мариос Э.; Дарамбара, Димитра Г. (28 декабря 2010 г.). «Исследование Монте-Карло влияния переноса заряда на энергетическое разрешение и эффективность обнаружения пиксельных CZT-детекторов для приложений ОФЭКТ/ПЭТ: Исследование эффектов переноса заряда на пиксельных CZT-детекторах». Медицинская физика . 38 (1): 455–467. дои : 10.1118/1.3532825 . ПМИД 21361214 .
- ^ Багби, СЛ; Кох-Мерин, Калифорния; Вил, MC; Уилсон, доктор медицины; Лиз, Дж. Э. (2019). «Коррекция потерь энергии в событиях разделения заряда для улучшения характеристик пикселированных составных полупроводников» (PDF) . Ядерные приборы и методы в физических исследованиях. Раздел А: Ускорители, спектрометры, детекторы и сопутствующее оборудование . 940 : 142–151. Бибкод : 2019NIMPA.940..142B . дои : 10.1016/j.nima.2019.06.017 .
- ^ Мохит Кумар Гупта (2006). EDA для внедрения микросхем, проектирования схем и технологических процессов . ЦРК Пресс. ISBN 0-8493-7924-5 .