【摘要】：微光圖像數(shù)字化已成為微光夜視技術(shù)的主要發(fā)展方向之一,而電子轟擊型器件EBCMOS(Electron Bombardment Complementary Metal Oxide Semiconductor)在超弱星光或更低光照條件下也能完成對(duì)目標(biāo)物體的清晰成像,同時(shí)其低噪聲以及納秒級(jí)門(mén)控帶來(lái)的時(shí)間和空間高分辨率等優(yōu)勢(shì)都是目前固體成像器件無(wú)法替代的。EBCMOS是一種新型的數(shù)字化微光成像器件,具有體積小、重量輕、高靈敏度以及超低照度下可工作等諸多優(yōu)勢(shì),因此對(duì)電子轟擊型器件EBCMOS的研究成為了今后微光成像器件的主要發(fā)展趨勢(shì)。目前國(guó)內(nèi)對(duì)EBCMOS微光成像器件的研究尚處于理論研究階段,且國(guó)內(nèi)有關(guān)其性能的測(cè)試平臺(tái)沒(méi)有相應(yīng)的研究報(bào)道。為了展開(kāi)對(duì)EBCMOS微光成像器件的相關(guān)研究,本文依據(jù)EBCMOS微光成像器件的工作原理構(gòu)建其性能測(cè)試平臺(tái),設(shè)計(jì)性能提取電路的邏輯時(shí)序,進(jìn)行真空電子轟擊實(shí)驗(yàn)對(duì)其性能進(jìn)行測(cè)試與驗(yàn)證,實(shí)現(xiàn)器件性能的數(shù)字化描述。為了完成以上研究工作,本文圍繞電子倍增機(jī)理、性能提取電路及邏輯時(shí)序設(shè)計(jì)、真空電子轟擊實(shí)驗(yàn)等關(guān)鍵技術(shù)展開(kāi)研究,主要分為以下三個(gè)部分:第一部分:從半導(dǎo)體電子倍增層中電子倍增機(jī)理出發(fā),依據(jù)低能電子與固體間相互作用模型結(jié)合Monte-Carlo模擬方法,研究EBCMOS不同表面氧化層厚度對(duì)入射光電子能量損失的影響;模擬研究入射光電子在倍增層處的電子運(yùn)動(dòng)軌跡,并依此分析倍增區(qū)內(nèi)倍增電子的分布情況;模擬研究電荷收集效率隨倍增層指數(shù)摻雜結(jié)構(gòu)變化時(shí)的情況,理論優(yōu)化的器件結(jié)構(gòu)電荷收集效率可達(dá)92%。同時(shí)對(duì)EBCMOS電子倍增層的背減薄處理工藝展開(kāi)研究,這為EBCMOS微光成像器件性能測(cè)試平臺(tái)的研究提供了堅(jiān)實(shí)的理論與技術(shù)基礎(chǔ)。第二部分:對(duì)EBCMOS微光成像器件的性能提取電路展開(kāi)研究,設(shè)計(jì)并制作以FPGA為控制器的性能提取電路硬件系統(tǒng)—圖像傳感器模塊、信號(hào)接收與處理模塊、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊以及VGA顯示模塊四部分組成;在此基礎(chǔ)上,針對(duì)EBCMOS微光成像器件設(shè)計(jì)獨(dú)有的邏輯時(shí)序,完成模擬圖像到數(shù)字圖像的轉(zhuǎn)換過(guò)程,探究EBCMOS微光成像器件性能數(shù)字化描述的實(shí)現(xiàn)方法。第三部分:構(gòu)建EBCMOS微光成像器件性能測(cè)試平臺(tái),進(jìn)行真空電子轟擊實(shí)驗(yàn),完成器件性能提取電路的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)及相關(guān)性能參數(shù)的測(cè)試;根據(jù)真空電子轟擊實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果,優(yōu)化并校正其性能提取電路的邏輯時(shí)序設(shè)計(jì),實(shí)現(xiàn)對(duì)EBCMOS微光成像器件性能的數(shù)字化描述,并獲取到符合預(yù)期的圖像信息,進(jìn)而為EBCMOS微光成像器件的性能表征提供理論與技術(shù)支撐。本文的研究成果希望可以為EBCMOS微光成像器件性能測(cè)試的相關(guān)研究提供一些參考和幫助。
【學(xué)位授予單位】：長(zhǎng)春理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類(lèi)號(hào)】：TN22
【圖文】：

中表現(xiàn)出重要作用，從而吸引了人們的關(guān)注。目前，實(shí)現(xiàn)微光數(shù)字化的：低照度 CCD/CMOS[6,7]、背照式 CMOS/CCD[8]、電子倍增型 CCD（Etron Multiplying CCD）[9,10]、像增強(qiáng)型 CCD（ICCD—Intensified CCD）[11型 CCD/CMOS（EBCCD/EBCMOS[13-15]）等。圖 1.1 中給出了幾種主要的極限工作照度適應(yīng)范圍，由圖中可知，在超弱星光甚至更低照度的環(huán)子轟擊式器件（EBCCD/CMOS）的性能能夠完成對(duì)目標(biāo)的清晰觀察。此以及納秒級(jí)門(mén)控所帶來(lái)的時(shí)間和空間的高分辨率等都是不能夠被目前固替代的。

圖 1.1 不同微光成像器件的照度適應(yīng)范圍[1]1）低照度 CCD/CMOS成本、低功耗、小體積的固體微光器件是未來(lái)發(fā)展的方向，CCD 及 CM具有不同的圖像信號(hào)讀取方式[16]。CCD 圖像傳感器（見(jiàn)圖 1.2）可直接學(xué)信號(hào)轉(zhuǎn)換為電流信號(hào)，該電流信號(hào)經(jīng)過(guò)放大和模數(shù)轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)對(duì)圖像存儲(chǔ)、傳輸、處理和復(fù)現(xiàn)。從實(shí)現(xiàn)功能上，CCD 傳感器陣列又可以分為線 CCD。通常線陣 CCD 是將 CCD 內(nèi)部的電極分成數(shù)組（每組稱(chēng)為一相）施加同樣的時(shí)鐘脈沖信號(hào)；CCD 芯片所需相數(shù)是由其內(nèi)部結(jié)構(gòu)決定的，陣 CCD 可以滿足不同的應(yīng)用場(chǎng)合要求。相對(duì)線陣 CCD 而言，面陣 CCD，它是將不同的方陣結(jié)構(gòu)以一定的形式連接成一個(gè)整體，其中每個(gè)方陣區(qū)排列組成的，從而獲取大量的光照信息，同時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)復(fù)雜圖像的處

圖 1.1 不同微光成像器件的照度適應(yīng)范圍[1]1）低照度 CCD/CMOS成本、低功耗、小體積的固體微光器件是未來(lái)發(fā)展的方向，CCD 及 CM具有不同的圖像信號(hào)讀取方式[16]。CCD 圖像傳感器（見(jiàn)圖 1.2）可直接學(xué)信號(hào)轉(zhuǎn)換為電流信號(hào)，該電流信號(hào)經(jīng)過(guò)放大和模數(shù)轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)對(duì)圖像存儲(chǔ)、傳輸、處理和復(fù)現(xiàn)。從實(shí)現(xiàn)功能上，CCD 傳感器陣列又可以分為線 CCD。通常線陣 CCD 是將 CCD 內(nèi)部的電極分成數(shù)組（每組稱(chēng)為一相）施加同樣的時(shí)鐘脈沖信號(hào)；CCD 芯片所需相數(shù)是由其內(nèi)部結(jié)構(gòu)決定的，陣 CCD 可以滿足不同的應(yīng)用場(chǎng)合要求。相對(duì)線陣 CCD 而言，面陣 CCD，它是將不同的方陣結(jié)構(gòu)以一定的形式連接成一個(gè)整體，其中每個(gè)方陣區(qū)排列組成的，從而獲取大量的光照信息，同時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)復(fù)雜圖像的處

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2750376