Введение
Разделение заряда — это эффект ухудшения сигнала, возникающий в результате переноса зарядов из одной электронной области в другую.
Распределение заряда в полупроводниковых детекторах излучения
В пикселизированных полупроводниковых детекторах излучения, таких как детекторы с подсчетом фотонов или гибридные пиксельные детекторы, разделение заряда (или распределение заряда) относится к диффузии электрических зарядов, негативно влияющей на качество изображения.
Формирование распределения нагрузок
В активном слое фотонных детекторов падающие фотоны преобразуются в электронно-дырочные пары посредством фотоэлектрического эффекта. Образующееся облако заряда ускоряется к считывающей электронике под действием приложенного напряжения. Из-за термической энергии и отталкивания, вызванного электрическими полями внутри устройства, облако заряда диффундирует, эффективно увеличиваясь в поперечных размерах. В пикселированных детекторах этот эффект может приводить к регистрации частей первоначального облака заряда в соседних пикселях. Поскольку вероятность такого перекрестного влияния возрастает к краям пикселей, оно более выражено в детекторах с меньшим размером пикселя. Кроме того, флуоресценция материала детектора при энергиях выше K-границы может приводить к появлению дополнительных носителей заряда, усиливающих эффект разделения заряда. Особенно в детекторах счета фотонов разделение заряда может вызывать ошибки в подсчете сигналов.
Проблемы с распределением ответственности
Особенно в детекторах счета фотонов, энергия падающего фотона коррелирует с общей суммой заряда в облаке первичного заряда. Такие детекторы часто используют пороговые значения для работы над определенным уровнем шума, а также для различения падающих фотонов с разной энергией. Если часть облака заряда диффундирует к считывающей электронике соседнего пикселя, это приводит к регистрации двух событий с энергией ниже, чем у первичного фотона. Более того, если результирующий заряд в одном из затронутых пикселей оказывается меньше порогового значения, событие отбрасывается как шум. В целом, это приводит к занижению оценки энергии падающих фотонов. Регистрация одного падающего фотона в нескольких пикселях ухудшает пространственное разрешение, поскольку информация о первичном взаимодействии размывается. Кроме того, этот эффект ухудшает энергетическое разрешение из-за систематического занижения энергии. Особенно в медицинских приложениях, разделение заряда снижает эффективность использования дозы, то есть уменьшает полезную долю падающей дозы для визуализации.
Коррекция распределения нагрузок
Существует несколько подходов к коррекции разделения заряда. Один из подходов заключается в игнорировании всех событий, при которых в одном и том же временном окне регистрируется отклик детектора в более чем одном соответствующем пикселе, что существенно снижает эффективность детектора и ограничивает максимально возможную частоту счета. Другой подход состоит в добавлении низких уровней сигнала от коррелированных событий в соседние пиксели и отнесении их к пикселю с наибольшим сигналом. Другие методы коррекции, как правило, основаны на деконволюции в сигнальной области с учетом откалиброванного отклика детектора.
Распределение заряда в цифровой электронике
В цифровой электронике, перераспределение заряда – это нежелательное явление, влияющее на целостность сигнала, наиболее часто наблюдаемое в логике Domino. Проблема перераспределения заряда возникает, когда заряд, накопленный на выходном узле на этапе предварительной зарядки, распределяется между выходными или переходными ёмкостями транзисторов, находящихся в фазе вычисления. Перераспределение заряда может ухудшить уровень выходного напряжения или даже привести к ошибочному значению на выходе.