Speaker
志勇 吕
(中国科学院微电子研究所)
Description
X 射线自由电子激光（XFEL）可在单脉冲持续时间内发射超高亮度、超短脉宽的光子。其卓越性能为材料科学领域的超快动态结构成像分析提供了有力支撑。硅像素传感器（SPS）是 XFEL 探测系统的核心器件，然而高强度 X 射线光子会引发硅材料中的"等离子体效应"，延迟像素读出电极的电荷收集时间，进而降低探测系统的成像帧率。为了加快传感器中高亮度 X 射线产生的电荷的收集速度，硅像素传感器需要在超高工作电压（500V）下运行。通过优化多保护环结构，研制出一款具有超高击穿电压和低漏电流的硅像素传感器。目前基于中科院微电子所 8 吋 CMOS 工艺平台研制的像素尺寸为 100um X 100um, 像素阵列为 8X8 的硅像素传感器可以具有的 1400V 击穿电压，2pA/pixel@500V 的超低暗电流水平。而全尺寸 10.38 cm×2.58 cm，1024×256 阵列规模，像素尺寸为 100um X 100um 硅像素传感器击穿电压最高可以达到 470V,保护环边缘像素暗电流可以达到 80pA@300V 的水平。为应对大阵列传感器的击穿电压性能退化，我们对像素传感器偏压时的保护环的电势分布进行了研究。通过 TCAD 仿真研究发现，适当减小保护环间距可以优化硅像素传感器表面电场分布，使电场分布更加均匀，从而进一步提高击穿电压。相关研究，为研制高耐压大阵列硅像素传感器奠定了基础。
