电子倍增ccd的倍增机理研究

《电子倍增ccd的倍增机理研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、万方数据博士学位论文电子倍增CCD倍增机理研究作者姓名：张灿林指导教师：陈钱教授南京理工大学2014年10月万方数据IIll』llIllllllmIIImllIIfY2976444NanjingUniversityofScienceandTechnologyDoctor’SThesisResearchontheMultiplicationMechanismofEMCCDByZhangCanlinUndertheSupervisionofProfessorChenQianNanjingUniversityofScienceandTechnologyAugust，2

2、014万方数据声明户日明本学位论文是我在导师的指导下取得的研究成果，尽我所知，在本学位论文中，除了加以标注和致谢的部分外，不包含其他人已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得任何教育机构的学位或学历而使用过的材料。与我一同工作的同事对本学位论文做出的贡献均已在论文中作了明确的说明。研究生签名：善蟒w步年／n18n学位论文使用授权声明南京理工大学有权保存本学位论文的电子和纸质文档，可以借阅或上网公布本学位论文的部分或全部内容，可以向有关部门或机构送交并授权其保存、借阅或上网公布本学位论文的部分或全部内容。对于保密论文，按保密的有关规定和程序处理。研究生签名：彳

3、娶衅加咕年／,9／8日万方数据博士论文电子倍增电荷耦合器件倍增机理研究摘要电子倍增电荷耦合器件(简称EMccD)，是一种新型全固态微光夜视器件。近年来英美等国在电子倍增技术上取得了很大进步，使用全固态倍增结构，有效提高抗辐射能力、避免强光损伤；使用分裂栅虚相技术，提高探测灵敏度、降低暗电流：通过深度制冷及适当倍增实现单光子探测。但是，关于EMCCD研究仍然存在着两方面的问题：一是EMCCD没有完整的数学模型，不利于进一步优化及应用；二是EMCCD受倍增极结构等方面的限制，输出的微光图像时间分辨率不高。同时，国外对该技术加强封锁，使得我国自主研发工作进展较慢，现阶

4、段理论研究和制作工艺等方面与发达国家还有一定差距。因此，本文从电子倍增技术的理论出发，通过仿真研究建立完整的数学模型，提出更好的技术和方案，对解决EMCCD现有的问题、提高我国EMCCD倍增理论认知水平、加快该技术在我国各领域的应用有着重要意义。论文主要工作分为以下几部分：首先，本文建立了电荷载流子倍增寄存器(简称CCM)的结构模型。CCM采用隐埋沟道避开界面态，外加栅极电压与偏置电压对CCM共同作用形成电荷传输沟道。通过理论计算得到沟道电势和z平面位置，通过建模仿真研究栅极电压、偏置电压、氧化层厚度、埋沟厚度、埋沟掺杂及衬底掺杂等物理参数对沟道的影响，参照埋沟

5、器件与仿真结果，得出了最佳参数匹配，与实际器件情况符合。其次，本文建立了EMCCD综合倍增模型。除电场强度外，还有材料种类、晶格方向以及工作温度等因素不同程度地影响着电子倍增。在各因素独立分析的基础上，模型优化采用倍增级数、倍增间距和电场强度三个必要参数，结合CCM最佳参数，计算结果与TI实际器件的倍增曲线吻合。最后，本文建立了EMCCD有限和无限能量两种噪声模型，并分别推导出噪声因子公式。额外噪声因子表征了器件增益起伏程度，因此为深入研究EMCCD倍增性能，本文做了下列四项性肓O,JJ试：(1)实测了标称增益EM—DAC与真实增益的对应曲线，结果表明两者并非线

6、性关系；(2)实测了EMCCD特有的串行增益时钟感生电荷(简称CIC)，用本底噪声测试法得到不同积分时间下CIC的数量级为O．01～0．1rms／pixel，略高于读出噪声；(3)根据三种EMCCD的光谱响应计算典型景物对夜天光反射光谱与EMCCD的匹配系数，优越的匹配性能决定了EMCCD微光观察的高灵敏度：(4)计算了两种EMCCD倍增图像的均匀性，相同增益(300倍)条件下，测试均匀度指标均在1％左右，这代表了高端EMCCD倍增图像的增益起伏程度。论文综合以上工作，得出下列结论。(1)硅基探测器是实现倍增增益的基础，(2)倍增寄存器使用浅掺杂突变分布，(3)

7、选取单一载流子倍增，(4)使用单级增益、多级万方数据摘要博士论文倍增方案。最后针对研究的不足之处，对今后电子倍增技术的发展与研究提出了展望。关键词：电子倍增；片上增益；碰撞电离；单级增益；多级倍增II万方数据博士论文电子倍增电荷耦合器件倍增机理研究AbstractTheElectronicMultiplyingCharge—CoupledDevice(abbr．EMCCD)isanewkindoftheLow·Light—Levelnightvisiondevices．Inthepastdecades，thedevelopedcountrieshaveachie

8、vedgreatsucc