CMOS工藝X射線圖像傳感器的研究.pdf

1、X射線由于具有強(qiáng)透射性,是工業(yè)中無(wú)損探傷、安全檢測(cè)理想的探測(cè)源,并被廣泛應(yīng)用于醫(yī)療探測(cè)、輻照成像等領(lǐng)域。由于X射線屬于高能射線,對(duì)半導(dǎo)體器件會(huì)造成損傷,傳統(tǒng)的X射線成像器件通常采用熒光物質(zhì)作為中間媒介,將X射線轉(zhuǎn)換為可見(jiàn)光,再進(jìn)一步通過(guò)傳感器感光成像。熒光體本身的散射性使得傳感器的空間分辨率難以提高,二次成像以及余輝效應(yīng)又使得傳感器成像的實(shí)時(shí)性受到嚴(yán)重影響。
　　為進(jìn)一步研究解決以上問(wèn)題,本文在國(guó)家自然科學(xué)基金的資助下,對(duì)有源像素

2、圖像傳感器在X射線下的直接成像技術(shù)進(jìn)行了研究。這種結(jié)構(gòu)摒棄了傳統(tǒng)的熒光物質(zhì),使得傳感器能夠直接探測(cè)X射線,有效的提高了傳感器的空間分辨率以及成像的實(shí)時(shí)性。為克服半導(dǎo)體器件的輻射損傷,文中首先采用Sentaurus TCAD對(duì)器件進(jìn)行了建模分析,通過(guò)SDE結(jié)構(gòu)編輯器構(gòu)建了MOSFET結(jié)構(gòu),通過(guò)電荷摻入的方法模擬了X射線對(duì)器件閾值電壓偏移的影響,并對(duì)器件單元進(jìn)一步進(jìn)行了抗輻射加固設(shè)計(jì)。論文比較了有源像素圖像傳感器(Active pixel

3、sensor,APS)與無(wú)源像素圖像傳感器(Passive pixel sensor,PPS)的電路結(jié)構(gòu),并對(duì)APS的3-T、4-T、5-T等不同像元結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析討論。
　　論文采用3-T結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)了APS有源像素圖像傳感器像元電路,并對(duì)8×8像元陣列進(jìn)行了仿真分析,得到了不同電流等效下的響應(yīng)曲線,對(duì)像元的響應(yīng)參數(shù)曲線進(jìn)行了線性度分析,完成了128×128像元陣列的版圖設(shè)計(jì)。為測(cè)試所設(shè)計(jì)傳感器的成像性能,對(duì)80位樣品像元陣列進(jìn)行了

4、DIP封裝,并設(shè)計(jì)測(cè)試平臺(tái)進(jìn)行成像測(cè)試。使用SB-80-250直流X射線源作為成像光源,利用NI公司PCI6115數(shù)據(jù)采集卡進(jìn)行成像數(shù)據(jù)采集?；贏ltera EP2C8Q208C8N型FPGA平臺(tái),采用Verilog硬件語(yǔ)言描述產(chǎn)生數(shù)字時(shí)序驅(qū)動(dòng)信號(hào)。通過(guò)線陣拼接構(gòu)建240位像元陣列,借助于位移成像平臺(tái)通過(guò)位移臺(tái)牽引被測(cè)物體移動(dòng),在射線源與圖像傳感器相對(duì)靜止的條件下,采用集線成面的方式位移掃描收集240×400的二維數(shù)據(jù)陣列。