27088

مدلسازي و تحليل تاثير تشعشع بر مشخصه هاي آشكارساز بهمني تك فوتون و ديود نوري پين شده

كارشناسي ارشد

مهندسي برق

1398

1401/04/25

محمد عطيم كرمي

مهندسي برق

تاثيرات تابش يوننده موجب افزايش نرخ جريان تاريك (DCR ) آشكارسازهاي بهمني تك فوتون(SPAD ) مي شود و سعي شده است با ارائه راهكار آشكارساز بهمني تك فوتون را در برابر تابش يوننده مقاوم كرد و به اين منظور حلقه محافظ جديدي در ساختار آشكارساز معرفي شده است. اين حلقه ي محافظ جديد توزيع چگالي اتم¬هاي ناخالص كاملا يكسان با حلقه هاي محافظ رايج دارد و بر اساس فن آوري 180 نانومتر CMOS شبيه سازي شده است. نشان داده مي¬شود كه ميزان افزايش DCR پس از تابش اشعه ي ايكس با دوز يوننده كل Mrad1 از ميزان cps1438 براي حلقه¬ي محافظ رايج به مقدار cps311 براي حلقه¬ي جديد پيشنهادي كاهش پيدا مي¬كند و اين بيان كننده افزايش مقاومت ساختار جديد آشكار¬ساز در برابر تابش يوننده است. همچنين در اين پايان نامه مدل جديد مداري براي آشكارساز بهمني تك فوتون با فناوري حلقه ي محافظ اشتراكي ارائه شده و تاثير حلقه ي محافظ اشتراكي بر مشخصه هاي آشكارساز مورد بررسي قرار گرفته است. با توجه به تاثيرات حلقه¬اشتراكي مدل مداري دقيق تر و جامع تري توسعه داده و پيشنهاد شده است. با توجه به مدل خازني آند-كاتد ارائه شده در اين رساله، اندازه گيري خازن آند-كاتد نسبت به مدل هاي قبلي كه با مدل حلقه محافظ به صورت غير اشتراكي بوده، بهبود يافته است. مدل جديد ارائه شده در اين بخش به زمان فرو نشاني (τ_q) و زمان بارگزاري مجددِ (〖τ 〗_r) دقيق تر منجر شده و در نهايت زمان مرده آشكارساز با دقت بيشتري بدست خواهد آمد. مدل ارائه شده در اين تحقيق در مدلسازي¬هاي بعدي آشكارساز تك فوتون با حلقه اشتراكي كاربرد خواهد داشت.

1401/07/12

Modeling and analysis of the radiation effects on the characteristics of single-photon avalanche diode and pinned photodiode

7/16/2023 12:00:00 AM

Ionizing radiation increases the dark current rate (DCR) of single-photon avalanche diodes (SPADs). As part of this thesis, a new guard ring has been introduced in the SPAD structure to provide a solution to tolerate ionizing radiation. Based on 180 nm CMOS technology at high voltage, this new guard ring has the same density distribution of impure atoms as conventional guard rings (not shared). A DCR increase after X-ray irradiation with the total ionizing dose of 1Mrad is shown to decrease, from 1438 cps for the conventional guard ring to 313 cps for the proposed new guard ring, suggesting that the new guard ring has greater rad hardening. This thesis also proposes a new circuit model of SPAD for the guard-ring sharing architecture. The impact of guard-ring sharing on SPAD circuit characteristics has been explored, and a more accurate circuit schematic and comprehensive model is developed. Concerning the proposed anode -cathode capacitance model, the measurement of anode-cathode capacitance is improved by 27 % over the previous model. The outcome of this model affects the quenching time and recharge time of SPAD more accurately, resulting in a more precise SPAD dead time calculation.

: آشكارساز بهمني تك فوتون , تابش يوننده , مقاوم سازي در برابر تابش , تكنولوژي حلقه محافظ اشتراكي , مدار معادل

Single Photon Avalanche Diode , Total Ionizing Dose (TID), , Radiation hardening , Guard-ring sharing, Equivalent circuit

Masood Zarei

Dr. Mohammad Azim Karami