EBCMOS电子倍增层信噪比的理论分析

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作者 王重霄 陈卫军 +4 位作者 宋德 梁荣轩 岳纪鹏 夏浩然 刘名杉 《半导体光电》 北大核心 2025年第2期209-215,共7页

基于光子传输理论和电子与半导体相互作用理论,建立电子轰击互补金属氧化物半导体(EBCMOS)中电子倍增层的二次电子波动性引起的增益噪声形成机制模型。采用蒙特卡罗模拟方法,计算二次电子的信噪比,重点分析入射电子能量、钝化层种类与... 基于光子传输理论和电子与半导体相互作用理论,建立电子轰击互补金属氧化物半导体(EBCMOS)中电子倍增层的二次电子波动性引起的增益噪声形成机制模型。采用蒙特卡罗模拟方法,计算二次电子的信噪比,重点分析入射电子能量、钝化层种类与厚度、电子倍增层厚度与掺杂浓度等系统参数对增益噪声的影响。结果表明,使用Al_(2)O_(3)钝化层材料,并通过减薄钝化层厚度、降低掺杂浓度、减少电子倍增层厚度以及降低工作温度等一系列措施,能有效提高电子倍增层的信噪比使其达75.35 dB。本研究成果对EBCMOS电子倍增层的制备具有理论指导意义。 展开更多

关键词 ebcmos 信噪比 钝化层 电子倍增层 增益

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基底均匀掺杂下EBCMOS空间分辨率的影响因素研究

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作者 郑佳彤 宋德 +3 位作者 石峰 姜北 张桐 陈卫军 《红外与激光工程》 CSCD 北大核心 2024年第12期208-215,共8页

电子轰击互补金属氧化物半导体(EBCMOS)是一种结合电子束轰击和CMOS技术的先进成像技术。为提升EBCMOS的成像质量,获得高分辨率的EBCMOS微光成像器件,对EBCMOS电子倍增层结构均匀掺杂下的空间分辨率的影响因素进行了研究。依据载流子传... 电子轰击互补金属氧化物半导体(EBCMOS)是一种结合电子束轰击和CMOS技术的先进成像技术。为提升EBCMOS的成像质量,获得高分辨率的EBCMOS微光成像器件,对EBCMOS电子倍增层结构均匀掺杂下的空间分辨率的影响因素进行了研究。依据载流子传输和复合理论结合蒙特卡洛方法,建立了EBCMOS中电子倍增层内空间分辨率理论计算模型。模拟分析了在基底均匀掺杂下基底厚度、基底掺杂浓度以及入射电子能量对EBCMOS分辨率的影响。研究结果表明,在基底均匀掺杂结构下对基底进行减薄和降低基底掺杂浓度可以缩小倍增电子的扩散半径,进而获得高分辨率的成像器件;改变入射电子能量对倍增电子聚焦和分辨率的影响不大。经优化基底均匀掺杂结构下基底厚度为10μm、基底掺杂浓度为10^(14) cm^(−3)、入射电子能量为1 keV时极限分辨率可达37 lp/mm,文中工作将为优化电子倍增层结构和提升EBCMOS分辨率提供理论基础。 展开更多

关键词 ebcmos 分辨率 均匀掺杂 微光成像

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EBCMOS近贴聚焦结构及电场分布对电子运动轨迹的影响 被引量：7

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作者 王巍 李野 +2 位作者 陈卫军 宋德 王新 《中国光学》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第4期713-721,共9页

为获得高分辨率的电子轰击型CMOS(EBCMOS)成像器件,本文就近贴聚焦结构内电场分布对电子运动轨迹的影响进行了研究。设计了不同的EBCMOS结构并得到3种电场分布情况,分别为光电阴极和背面轰击型CMOS(BSBCMOS)之间的等势面不平行、部分平... 为获得高分辨率的电子轰击型CMOS(EBCMOS)成像器件,本文就近贴聚焦结构内电场分布对电子运动轨迹的影响进行了研究。设计了不同的EBCMOS结构并得到3种电场分布情况,分别为光电阴极和背面轰击型CMOS(BSBCMOS)之间的等势面不平行、部分平行和彼此平行。根据电磁学理论结合蒙特卡洛模拟方法,分别模拟了每种电场分布情况下的电子运动轨迹。研究结果表明:当设计的电子倍增层表面覆盖一层30 nm的超薄重掺杂层,保持极间电压为4000 V且极间距为1 mm时,光生电子轰击BSB-CMOS表面时扩散直径可减小至30μm。此结构具有电子聚焦作用,有助于实现高分辨率的EBCMOS。同时,进一步研究了光电阴极与BSB-CMOS之间的距离和电压对电子扩散直径的影响。研究发现,近贴间距越小、加速电压越高,相应的电场强度就越高,越有利于电子聚焦。本文工作将为改进电子轰击型CMOS成像器件的分辨率特性提供理论指导。 展开更多

关键词 微光像增强器 电子轰击成像 近贴聚焦结构 ebcmos

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电子倍增层表层掺杂分布对EBCMOS电荷收集效率的影响 被引量：6

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作者 田佳峰 宋德 +1 位作者 陈卫军 李野 《半导体光电》 CAS 北大核心 2021年第1期45-51,105,共8页

设计了电子倍增层的多种表层结构,并模拟分析了表层掺杂分布对电子轰击型CMOS(EBCMOS)成像器件的电荷收集效率的影响。结合离子注入工艺优化设计电子倍增层表层结构,并利用离子注入模拟软件TRIM模拟分析了不同掩蔽层种类、厚度、离子注... 设计了电子倍增层的多种表层结构,并模拟分析了表层掺杂分布对电子轰击型CMOS(EBCMOS)成像器件的电荷收集效率的影响。结合离子注入工艺优化设计电子倍增层表层结构,并利用离子注入模拟软件TRIM模拟分析了不同掩蔽层种类、厚度、离子注入剂量、注入角度和注入能量次数对掺杂分布的影响。再依据载流子传输理论并结合蒙特卡洛模拟方法,模拟分析了相应结构下EBCMOS中电子倍增层的电荷收集效率。模拟研究结果表明:通过选择SiO2作为掩蔽层、减小掩蔽层厚度、增加注入能量次数等方法可以提高电荷收集效率。在注入剂量选择方面,对电子倍增层表层进行重掺杂,使掺杂浓度下降幅度足够大、下降速度足够缓慢,也可以有效提高电荷收集效率。仿真优化后表层结构所对应器件的电荷收集效率最高可以达到93.61%。 展开更多

关键词 ebcmos 梯度掺杂 电场分布 电荷收集效率

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EBCMOS钝化层表面残气吸附特性 被引量：1

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作者 李书涵 陈文娥 +3 位作者 王重霄 陈卫军 宋德 李野 《半导体光电》 CAS 北大核心 2023年第6期901-906,共6页

基于密度泛函理论,研究了电子轰击互补金属氧化物半导体(EBCMOS)钝化层表面的残气吸附机制,并分析其电学特性。结果表明,以Al_(2)O_(3)钝化层为例,真空腔内残余气体H_(2)在Al_(2)O_(3)不同表面的吸附为物理吸附,在(001)面的吸附距离最大... 基于密度泛函理论,研究了电子轰击互补金属氧化物半导体(EBCMOS)钝化层表面的残气吸附机制,并分析其电学特性。结果表明,以Al_(2)O_(3)钝化层为例,真空腔内残余气体H_(2)在Al_(2)O_(3)不同表面的吸附为物理吸附,在(001)面的吸附距离最大,吸附强度最低,电荷转移最少。对比CO,N_(2),CO_(2),H_(2)O等残余气体分子在(001)表面的吸附结果发现,(001)面对残气分子的吸附均为物理吸附,(001)面相比于其他表面,对残余气体分子有更好的抑制作用,所生成钝化层能提高EBCMOS器件电子倍增层的电荷收集效率。研究结果对研制寿命长而稳定的EBCMOS器件具有理论指导意义。 展开更多

关键词 ebcmos 密度泛函理论 Al_(2)O_(3)钝化层 气体吸附

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EBCMOS电荷收集效率模拟研究 被引量：2

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作者 徐子皓 《传感器技术与应用》 2022年第2期187-192,共6页

对P型基底均匀掺杂情况下电子轰击有源像素传感器(EBCMOS)的运动轨迹进行了理论模拟研究,依据载流子传输理论并结合蒙特卡罗计算方法,利用数学建模软件MATLAB,模拟了光电子经过光电阴极、近贴区、死层、扩散区、耗尽区中的运动轨迹,并... 对P型基底均匀掺杂情况下电子轰击有源像素传感器(EBCMOS)的运动轨迹进行了理论模拟研究,依据载流子传输理论并结合蒙特卡罗计算方法,利用数学建模软件MATLAB,模拟了光电子经过光电阴极、近贴区、死层、扩散区、耗尽区中的运动轨迹,并根据最终的电子落点分布,计算出相应的电荷收集效率。通过改变基底掺杂浓度来观察电荷收集效率的变化,并总结了变化原因。本文可以为高性能的EBCMOS器件的研发提供一定的理论依据。 展开更多

关键词 ebcmos 微光成像 近贴区 死层 蒙特卡罗方法

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钝化层结构对EBCMOS噪声特性的影响

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作者 何欣悦 焦岗成 +4 位作者 程宏昌 杨展 李野 宋德 陈卫军 《中国激光》 北大核心 2025年第1期205-213,共9页

为获得高信噪比的电子轰击型CMOS(EBCMOS)成像器件,基于微光成像和半导体理论构建了EBCMOS的信噪比理论计算模型。用像素内信噪比(SNR)、像素内总噪声电子数(N_(pixel))、像素内倍增电子数(N_(M))和单位像素内暗电流电子数(N_(dark))等... 为获得高信噪比的电子轰击型CMOS(EBCMOS)成像器件,基于微光成像和半导体理论构建了EBCMOS的信噪比理论计算模型。用像素内信噪比(SNR)、像素内总噪声电子数(N_(pixel))、像素内倍增电子数(N_(M))和单位像素内暗电流电子数(N_(dark))等参数来描述噪声特性,模拟分析了钝化层材料、钝化层厚度、入射电子能量和基底温度对噪声特性的影响。模拟结果表明:1)当入射电子为100个时,优化钝化层材料、厚度、入射电子能量和基底温度可以使入射中心所对应像素区域内的信噪比达到188,并且可以使单位像素内暗电流电子数降至100;2)当钝化层厚度较小时,界面态密度对暗电流的影响最大,在提升信噪比的结构设计过程中应优先优化钝化层结构。本研究将为高性能EBCMOS成像器件的设计提供理论支撑。 展开更多

关键词 微光成像 ebcmos器件 信噪比 暗电流 钝化层 界面态密度

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基于FPGA的低照度EBCOMS图像噪声处理算法 被引量：2

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作者 曹益 朱香平 +2 位作者 张笑墨 赵卫 马俊 《光子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第11期259-273,共15页

针对器件研发过程中因材料和工艺技术等不完善导致夜视图像中存在复杂噪声的问题,以及对比传统图像处理的软件平台算法的实时性低、成本高等特性,分析了中国科学院西安光机所自主研发的低照度EBCMOS成像特点,并基于现Xilinx-FPGA设计了... 针对器件研发过程中因材料和工艺技术等不完善导致夜视图像中存在复杂噪声的问题,以及对比传统图像处理的软件平台算法的实时性低、成本高等特性,分析了中国科学院西安光机所自主研发的低照度EBCMOS成像特点,并基于现Xilinx-FPGA设计了一种多阶段脉冲噪声抑制和边缘增强算法,专门针对EBCMOS在低照度条件下采集的图像中存在泊松噪声、椒盐噪声和散粒噪声等混合噪声等问题。实验结果表明,所提算法相比于中值滤波和高斯滤波峰值信噪比分别提高了11.37%和26.64%。与基于高端处理器软件平台相比,该算法处理一帧图像的速度提升了约20倍,可降低成本和实现实时有效处理夜视噪声图像的目的,还可以为实现穿戴夜视设备的集成化和轻量化提供技术支撑。 展开更多

关键词 低照度ebcmos 图像降噪 FPGA 中值滤波 高斯滤波

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电子轰击引起CMOS图像传感器增益衰减研究

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作者 闫磊 石峰 +5 位作者 程宏昌 苗壮 杨晔 樊海波 韩剑 焦岗成 《太赫兹科学与电子信息学报》 2024年第12期1414-1420,共7页

为探究氧化铝钝化层结构的CMOS图像传感器在较高电流密度的电子轰击后电子倍增系数减小问题,本文模拟氧化铝钝化层CMOS图像传感器制备工艺方法。在晶向为(100),掺杂浓度为5×10^(18) cm^(-3)的P型硅表面制备氧化铝钝化层,模拟电子... 为探究氧化铝钝化层结构的CMOS图像传感器在较高电流密度的电子轰击后电子倍增系数减小问题,本文模拟氧化铝钝化层CMOS图像传感器制备工艺方法。在晶向为(100),掺杂浓度为5×10^(18) cm^(-3)的P型硅表面制备氧化铝钝化层,模拟电子束轰击CMOS图像传感器的条件,对制备P型硅样品表面进行轰击,并利用高频C-U测试装置对该样品轰击前、后的高频C-U曲线进行测试。根据测试数据及SRH理论和少数载流子输运方程分析,得出电子轰击引起该型图像传感器钝化层内部正电荷沉积,以及硅界面缺陷态密度增加,是引起其电子倍增系数减小的内在原因。 展开更多

关键词 电子轰击(ebcmos) 氧化铝钝化层 暗电流 电子倍增系数 图像传感器

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微光视频器件及其技术的进展 被引量：45

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作者 金伟其 陶禹 +1 位作者 石峰 李本强 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2015年第11期3167-3176,共10页

微光夜视技术作为当今拓展人眼夜间视觉感知的主要技术之一,在军事和民用领域都有广泛的应用。随着数字图像处理技术的发展,微光视频器件为通过图像处理进一步提升夜视图像质量,为与红外热成像的图像信息融合,为提高夜间对目标探测/识... 微光夜视技术作为当今拓展人眼夜间视觉感知的主要技术之一,在军事和民用领域都有广泛的应用。随着数字图像处理技术的发展,微光视频器件为通过图像处理进一步提升夜视图像质量,为与红外热成像的图像信息融合,为提高夜间对目标探测/识别和场景理解能力等方面提供了广泛空间,成为当前国内外夜视技术发展的重要方向之一。论文综述了微光视频器件发展,分析了电真空+固体微光视频成像器件(如像增强CCD/CMOS(ICCD/ICMOS)器件、电子轰击EBCCD/EBCMOS器件等)、全固体微光视频成像器件(如电子倍增CCD器件、超低照度CMOS器件等)的特点和发展趋势,并结合法国PHOTONIS公司的LYNX计划,对微光夜视技术的发展进行了分析和讨论。 展开更多

关键词 微光 视频器件 进展 EBCCD/ebcmos EMCCD CMOS

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热处理对背照式CMOS传感器信噪比影响的实验研究 被引量：7

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作者 王生凯 靳川 +4 位作者 乔凯 焦岗成 程宏昌 刘晖 苗壮 《红外技术》 CSCD 北大核心 2019年第6期585-590,共6页

基于真空光电阴极和背照式CMOS图像传感器研制了电子轰击CMOS(EBCMOS)混合型光电探测器。为了对BSI-CMOS图像传感器在EBCMOS混合型光电探测器领域的应用提供可靠性指导,对BSI-CMOS图像传感器进行了100℃~325℃的变温热处理实验,着重分... 基于真空光电阴极和背照式CMOS图像传感器研制了电子轰击CMOS(EBCMOS)混合型光电探测器。为了对BSI-CMOS图像传感器在EBCMOS混合型光电探测器领域的应用提供可靠性指导,对BSI-CMOS图像传感器进行了100℃~325℃的变温热处理实验,着重分析了热处理后的BSI-CMOS图像传感器的光响应输出信号值、固定模式噪声(fixed pattern noise,FPN)、随机噪声及信噪比(signal-to-noise ration,SNR)随热处理温度的变化规律。实验结果表明:随着热处理温度的升高,样品器件的光响应输出信号值基本保持不变,当温度升高至325℃时,样品器件的固定模式噪声由32e.升高至246e.,随机噪声由51e.升高至70e.,信噪比由17.76dB降低至4.81dB,其中信噪比的降低主要归因于固定模式噪声的增大,热处理温度达到325℃会导致BSI-CMOS图像传感器信噪比明显降低。 展开更多

关键词 ebcmos 背照式CMOS图像传感器 热处理温度 信噪比

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