Разделение заряда - Charge sharing
Разделение заряда - это эффект ухудшения сигнала из-за переноса зарядов из одного электронного домена в другой.
Разделение заряда в полупроводниковых детекторах излучения
В пиксельных полупроводниковых детекторах излучения, таких как детекторы с подсчетом фотонов или гибридные пиксельные детекторы , разделение заряда означает диффузию электрических зарядов с отрицательным влиянием на качество изображения.
Формирование разделения заряда
В активном слое детекторов фотонных детекторов падающие фотоны преобразуются в электронно-дырочные пары посредством фотоэлектрического эффекта . Образовавшееся облако заряда ускоряется по направлению к считывающей электронике за счет приложенного напряжения смещения. Из-за тепловой энергии и отталкивания из-за электрических полей внутри такого устройства облако заряда диффундирует, фактически увеличиваясь в поперечном размере. В пиксельных детекторах этот эффект может приводить к обнаружению частей облака начального заряда в соседних пикселях. Поскольку вероятность перекрестных помех увеличивается по направлению к краям пикселей, они более заметны в детекторах с меньшим размером пикселей. Кроме того, флуоресценция материала детектора над его K-краем может привести к появлению дополнительных носителей заряда, которые усиливают эффект разделения заряда. Разделение заряда может приводить к ошибкам в подсчете сигнала, особенно в детекторах счета фотонов.
Проблемы разделения заряда
Особенно в детекторах счета фотонов, энергия падающего фотона коррелирует с чистой суммой заряда в первичном облаке зарядов. В детекторах такого типа часто используются пороги, чтобы иметь возможность воздействовать на определенный уровень шума, а также различать падающие фотоны с разной энергией. Если определенная часть облака зарядов диффундирует к считывающей электронике соседнего пикселя, это приводит к обнаружению двух событий с меньшей энергией, чем у первичного фотона. Кроме того, если результирующий заряд в одном из затронутых пикселей меньше порогового значения, событие отбрасывается как шум. В целом это приводит к занижению энергии падающих фотонов. Регистрация одного падающего фотона в нескольких пикселях ухудшает пространственное разрешение, так как информация о первичном взаимодействии размывается. Кроме того, этот эффект приводит к ухудшению энергетического разрешения из-за общей недооценки. Разделение заряда снижает эффективность дозы, особенно в медицинских приложениях, а это означает, что полезная доля падающей дозы для приложений визуализации уменьшается.
Исправление разделения заряда
Существует несколько подходов к корректировке разделения заряда. Один из подходов состоит в том, чтобы пренебречь всеми событиями, когда в одном временном окне есть отклик детектора более чем в одном соответствующем пикселе, что серьезно снижает эффективность детектора и ограничивает возможную максимальную скорость счета. Другой подход - добавление низких уровней сигнала коррелированных событий в соседних пикселях и отнесение к пикселю с наибольшим сигналом. Другие подходы к коррекции в основном основаны на деконволюции в области сигнала с учетом отклика калиброванного детектора.
Распределение заряда в цифровой электронике
В цифровой электронике разделение заряда - это нежелательное явление целостности сигнала, которое чаще всего наблюдается в семействе цифровых схем Domino logic . Проблема разделения заряда возникает, когда заряд, который хранится в выходном узле в фазе предварительной зарядки, распределяется между выходными емкостями или емкостями перехода транзисторов, которые находятся в фазе оценки. Распределение заряда может снизить уровень выходного напряжения или даже вызвать ошибочное выходное значение.