EBCMOS微光成像器件性能测试平台的设计及研究

发布时间：2020-07-11 11:53

【摘要】：微光图像数字化已成为微光夜视技术的主要发展方向之一,而电子轰击型器件EBCMOS(Electron Bombardment Complementary Metal Oxide Semiconductor)在超弱星光或更低光照条件下也能完成对目标物体的清晰成像,同时其低噪声以及纳秒级门控带来的时间和空间高分辨率等优势都是目前固体成像器件无法替代的。EBCMOS是一种新型的数字化微光成像器件,具有体积小、重量轻、高灵敏度以及超低照度下可工作等诸多优势,因此对电子轰击型器件EBCMOS的研究成为了今后微光成像器件的主要发展趋势。目前国内对EBCMOS微光成像器件的研究尚处于理论研究阶段,且国内有关其性能的测试平台没有相应的研究报道。为了展开对EBCMOS微光成像器件的相关研究,本文依据EBCMOS微光成像器件的工作原理构建其性能测试平台,设计性能提取电路的逻辑时序,进行真空电子轰击实验对其性能进行测试与验证,实现器件性能的数字化描述。为了完成以上研究工作,本文围绕电子倍增机理、性能提取电路及逻辑时序设计、真空电子轰击实验等关键技术展开研究,主要分为以下三个部分:第一部分:从半导体电子倍增层中电子倍增机理出发,依据低能电子与固体间相互作用模型结合Monte-Carlo模拟方法,研究EBCMOS不同表面氧化层厚度对入射光电子能量损失的影响;模拟研究入射光电子在倍增层处的电子运动轨迹,并依此分析倍增区内倍增电子的分布情况;模拟研究电荷收集效率随倍增层指数掺杂结构变化时的情况,理论优化的器件结构电荷收集效率可达92%。同时对EBCMOS电子倍增层的背减薄处理工艺展开研究,这为EBCMOS微光成像器件性能测试平台的研究提供了坚实的理论与技术基础。第二部分:对EBCMOS微光成像器件的性能提取电路展开研究,设计并制作以FPGA为控制器的性能提取电路硬件系统—图像传感器模块、信号接收与处理模块、数据存储模块以及VGA显示模块四部分组成;在此基础上,针对EBCMOS微光成像器件设计独有的逻辑时序,完成模拟图像到数字图像的转换过程,探究EBCMOS微光成像器件性能数字化描述的实现方法。第三部分:构建EBCMOS微光成像器件性能测试平台,进行真空电子轰击实验,完成器件性能提取电路的验证性实验及相关性能参数的测试;根据真空电子轰击实验测试结果,优化并校正其性能提取电路的逻辑时序设计,实现对EBCMOS微光成像器件性能的数字化描述,并获取到符合预期的图像信息,进而为EBCMOS微光成像器件的性能表征提供理论与技术支撑。本文的研究成果希望可以为EBCMOS微光成像器件性能测试的相关研究提供一些参考和帮助。
【学位授予单位】：长春理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TN22
【图文】：

微光成像,适应范围,照度,器件

中表现出重要作用，从而吸引了人们的关注。目前，实现微光数字化的：低照度 CCD/CMOS[6,7]、背照式 CMOS/CCD[8]、电子倍增型 CCD（Etron Multiplying CCD）[9,10]、像增强型 CCD（ICCD—Intensified CCD）[11型 CCD/CMOS（EBCCD/EBCMOS[13-15]）等。图 1.1 中给出了几种主要的极限工作照度适应范围，由图中可知，在超弱星光甚至更低照度的环子轰击式器件（EBCCD/CMOS）的性能能够完成对目标的清晰观察。此以及纳秒级门控所带来的时间和空间的高分辨率等都是不能够被目前固替代的。

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图 1.1 不同微光成像器件的照度适应范围[1]1）低照度 CCD/CMOS成本、低功耗、小体积的固体微光器件是未来发展的方向，CCD 及 CM具有不同的图像信号读取方式[16]。CCD 图像传感器（见图 1.2）可直接学信号转换为电流信号，该电流信号经过放大和模数转换，实现对图像存储、传输、处理和复现。从实现功能上，CCD 传感器阵列又可以分为线 CCD。通常线阵 CCD 是将 CCD 内部的电极分成数组（每组称为一相）施加同样的时钟脉冲信号；CCD 芯片所需相数是由其内部结构决定的，阵 CCD 可以满足不同的应用场合要求。相对线阵 CCD 而言，面阵 CCD，它是将不同的方阵结构以一定的形式连接成一个整体，其中每个方阵区排列组成的，从而获取大量的光照信息，同时能够实现复杂图像的处

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【参考文献】