28418

تاثير جداسازي حلقه محافظ بر پاسخ تشعشعي ديود بهمني تك فوتون

كارشناسي ارشد

مهندسي برق

1399

1402/03/13

دكتر محمد عظيم كرمي

مهندسي برق

ديود بهمني تك فوتون سيليكوني رايج‌ترين نوع ديود بهمني تك فوتون است و به‌طور گسترده در بسياري از كاربردها ازجمله تصويربرداري زيست پزشكي، رمزنگاري كوانتومي و رادار نوري استفاده مي‌شود. اين ديودهاي نوري معمولاً با استفاده از روش‌هاي استاندارد پردازش نيمه‌هادي سيليكوني ساخته مي‌شوند كه مقرون‌به‌صرفه بوده و با ساير دستگاه‌هاي مبتني بر سيليكون قابل ادغام هستند. ديود بهمني تك فوتون سيليكوني بازده تشخيص فوتون (PDE) بالايي را در محدوده طيف مرئي و مادون‌قرمز نزديك ارائه مي‌دهد و نرخ شمارش تاريكي (DCR) نسبتاً پاييني در مقايسه با ساير فناوري‌هاي ديود بهمني تك فوتون دارد. بااين‌حال اين نوع ديود نوري در مقابل تشعشع بسيار آسيب‌پذير است. اين در حالي است كه اين آشكارسازها به‌طور گسترده در كاربردهاي مختلف مورداستفاده قرار مي‌گيرند، كه ممكن است در معرض تشعشعات يوننده به شكل پرتوهاي كيهاني، تابش خورشيدي يا ساير منابع تابش قرار گيرند. درك اثرات تشعشع بر ديود بهمني تك فوتون و طراحي نوع مقاوم در برابر تشعشع مي‌تواند طراحي دستگاه‌هاي قوي و قابل‌اعتمادي را امكان‌پذير كند كه مي‌توانند در محيط‌هاي غني از تشعشع بدون كاهش عملكرد كار كنند. علاوه بر اين، مطالعات مي‌تواند در بهبود دقت و قابليت اطمينان دستگاه‌هاي آشكارساز فوتون مفيد باشد. در اين پايان‌نامه، اثر جداسازي حلقه محافظ بر پاسخ دوز يونيزه كل يك ديود بهمن تك فوتون موردبررسي قرارگرفته است. نرخ شمارش تاريكي تحت تابش اشعه ايكس 1 مگا راد با ايجاد فاصله بين حلقه محافظ و ناحيه فعال به ميزان 5 ميكرومتر در ديود بهمني تك فوتون ساخته‌شده با فناوري CMOS ولتاژ بالا 180 نانومتر، 12.9٪ كاهش مي‌يابد. علاوه بر اين، احتمال تشخيص فوتون (PDP)، ولتاژ شكست و ميدان الكتريك ساختار پيشنهادي و ديود بهمني تك فوتون اوليه محاسبه و مقايسه شده‌اند.

1402/03/28

Guard Ring Separation effect on Radiation Response of SPAD

6/2/2024 12:00:00 AM

The silicon-based single-photon avalanche diode (Si-SPAD) is considered the predominant type and is extensively utilized in various applications, such as biomedical imaging, quantum cryptography, and LIDAR. The fabrication of these photodiodes often involves cost-effective standard silicon semiconductor processing techniques, allowing for integration with other silicon-based devices. Silicon single-photon avalanche diode (SPAD) technology provides a high photon detection efficiency (PDE) in the visible and near-infrared spectral ranges and exhibits a relatively low dark count current (DCR) compared to other SPAD technologies. However, this type of SPAD is highly susceptible to radiation. Despite its vulnerability, these detectors are widely used in various applications that may be exposed to ionizing radiation, including cosmic rays, solar radiation, or other sources. Understanding the effects of radiation on SPADs and designing radiation-resistant SPADs is crucial for developing robust and reliable systems capable of operating in radiation-rich environments without performance degradation. These studies can further aid in improving the accuracy and reliability of photon detector systems. This dissertation presents an investigation into the impact of the guard ring's separation on the total ionizing dose response of a single photon avalanche diode. Using a 180 nm high-voltage CMOS technology, the DCR under 1 Mrad X-ray irradiation was reduced by 12.9% by creating a 5 μm gap between the guard ring and the active region. Furthermore, the proposed structure's photon detection probability (PDP), breakdown voltage, and electric field were computed and compared to those of the initial SPAD.

ديود بهمني تك فوتون , نرخ شمارش تاريكي , تأثير تابش يونيزان , تابش اشعه ايكس

Single photon avalanche diode , Dark Count Rate , Ionizing radiation effect , X-ray radiation

Faezeh Golmohammad Saray

Mohammad Azim Karami