基于SPAD的門控型熒光壽命圖像傳感器的研究.pdf

1、近年來，隨著半導(dǎo)體制造工藝和計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展，熒光壽命成像檢測技術(shù)成為了熱點(diǎn)研究方向。這種技術(shù)主要用于臨床醫(yī)學(xué)，活體細(xì)胞檢測，蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)分析等領(lǐng)域。同時(shí)，由于熒光壽命成像只取決于熒光分子所處的微環(huán)境，和熒光染料的分布密度和激發(fā)光強(qiáng)度無關(guān)，所以相對于單純的測量熒光強(qiáng)度，這項(xiàng)技術(shù)具有非常高的靈敏度和分子特異性。
　　針對成像過程中標(biāo)記物發(fā)出的熒光微弱，本文在像素單元中采用單光子雪崩二極管(SPAD)作為感光元件，它具有時(shí)間分辨率高

2、，光子探測效率高和雪崩增益大等特點(diǎn)。針對通常條件下熒光壽命非常短，本文采用門控探測技術(shù)，它具有高時(shí)間分辨率和成像速度快的優(yōu)勢。不同于傳統(tǒng)的數(shù)字電路實(shí)現(xiàn)方式，本文設(shè)計(jì)了一種模擬電路組成的像素單元，提高了像素填充率和時(shí)間分辨率。先后介紹了新型像素單元中模擬前端電路、時(shí)間選通門電路、模擬計(jì)數(shù)器的工作原理。闡述了在兩種不同的工作模式下，電路各個(gè)部分的工作方式，在125MHz的采樣速率下，用Cadence的Spectre軟件進(jìn)行瞬態(tài)仿真，得到的最