شماره ركورد
33985
پديد آورنده
علي زارعي
عنوان
مدل سازي نويز پس پالس بعد از تشعشع در ديود هاي بهمني تك فوتون
مقطع تحصيلي
كارشناسي ارشد
رشته تحصيلي
افزاره هاي ميكرو و نانوالكترونيك
سال تحصيل
1401
تاريخ دفاع
1404/05/12
استاد راهنما
محمد عظيم كرمي
استاد مشاور
ندارد
دانشكده
مهندسي برق
چكيده
اين پژوهش، يك مدل جامع براي تحليل كمي نويز پسپالس (Afterpulsing) در ديودهاي بهمني تكفوتوني (SPAD) تحت تأثير تابش نوترون ارائه ميدهد. با توجه به اهميت عملكرد پايدار اين آشكارسازها در محيطهاي پرتويي مانند فضا و ابزاردقيق پزشكي، نياز به يك مدل پيشبيني دقيق براي طراحي ادوات مقاوم به تابش ضروري است.
در اين راستا، يك رويكرد تركيبي به كار گرفته شد: ابتدا، ساختار يك SPAD فناوري 180 نانومتري CMOS با استفاده از شبيهسازي عددي (TCAD) بهدقت مدلسازي شد. از اين طريق، كميت هاي فيزيكي كليدي ديود، از جمله ولتاژ شكست (حدود 22 ولت)، توزيع ميدان الكتريكي (حداكثر 46.73 مگاولت بر متر) و احتمال رخداد بهمن براي الكترونها و حفرهها استخراج گرديد. سپس، اين كميت هاي استخراجشده به عنوان ورودي براي يك مدل تحليلي پيشرفته، مبتني بر فرآيندهاي به دام افتادن و آزادسازي حاملها (Trap-Detrap)، مورد استفاده قرار گرفت كه در محيط MATLAB شبيهسازي شد.
اين مدل توانست با موفقيت رفتار نويز پسپالس را در هر دو حالت پيش و پس از تابش پيشبيني كند. نتايج در حالت پيش از تابش، واپاشي نمايي نويز با دو مؤلفه زماني مجزا را نشان داد كه با دادههاي تجربي تطابق دارد. پس از اعمال تابش نوترون )با فلوئنس 4.29×1010 n/cm2 و انرژي 10 مگا الكترونولت)، اين پژوهش افزايش 27 درصدي در احتمال پسپالس بعد از تابش را پيشبيني كرد كه با نتايج آزمايشگاهي گزارششده همخوان است. همچنين، تحليلها نشان داد كه تابش، علاوه بر افزايش دامنه نويز، روند واپاشي زماني آن را پيچيدهتر كرده و وابستگي احتمال پسپالس به ولتاژ اضافي (Vex ) را بهشدت افزايش ميدهد.
در نهايت، اين پژوهش يك ابزار مدلسازي معتبر و دقيق فراهم ميكند كه قادر است تأثير آسيبهاي ناشي از تابش نوترون را بر عملكرد SPADها بهصورت كمي پيشبيني نمايد. اين دستاورد ميتواند به طور مستقيم در بهينهسازي و طراحي نسل جديد آشكارسازهاي مقاوم به تابش مورد استفاده قرار گيرد.
تاريخ ورود اطلاعات
1404/08/21
عنوان به انگليسي
A New Model for Afterpulsing in Neutron Irradiated Single-Photon
تاريخ بهره برداري
8/3/2026 12:00:00 AM
دانشجوي وارد كننده اطلاعات
علي زارعي
چكيده به لاتين
This research presents a comprehensive framework for the modeling and quantitative analysis of afterpulsing noise in Single-Photon Avalanche Diodes (SPADs) under the influence of neutron irradiation. Given the importance of the stable performance of these detectors in radiation-prone environments, such as space and nuclear instrumentation, a precise predictive model is essential for designing radiation-hardened devices.
To this end, a hybrid approach was employed. First, the structure of a SPAD based on 180 nm CMOS technology was accurately modeled using numerical TCAD simulations. Through this process, the key physical parameters of the device—including the breakdown voltage (approx. 22 V), the electric field distribution (max. 46.73 MV/m), and the avalanche triggering probability for electrons and holes—were extracted. These extracted parameters were then used as inputs for an advanced analytical model based on carrier trapping and de-trapping (Trap-Detrap) processes, which was implemented in the MATLAB environment.
The model successfully predicted the afterpulsing noise behavior in both pre- and post-irradiation conditions. The pre-irradiation results showed an exponential decay of the noise with two distinct time components, demonstrating good agreement with experimental data. After applying neutron irradiation (with a fluence of 4.29×1010 n/cm2 at 10 MeV), the model predicted a 27% increase in afterpulsing probability, which aligns with reported experimental results. Furthermore, the analysis revealed that irradiation not only increases the noise amplitude but also complicates its temporal decay profile and significantly heightens the dependence of afterpulsing probability on the excess bias voltage (Vex).
In conclusion, this research provides a validated and accurate modeling tool capable of quantitatively predicting the impact of neutron-induced damage on SPAD performance. This achievement can be directly utilized in the optimization and design of the next generation of radiation-hardened detectors for critical applications.
كليدواژه هاي فارسي
ديود هاي بهمني تك فوتون , مدل سازي و شبيه سازي , احتمال پس پالس , تابش نوترون , اثرات تشعشع
كليدواژه هاي لاتين
single-photon avalanche diode(SPAD) , modeling and simulation , afterpulsing Probability , neutron irradiation , TCAD , radiation effects , non-ionizing energy loss (NIEL)
Author
Ali Zarei
SuperVisor
Mohammad azim karami