碲锌镉像素探测器低噪声读出芯片设计与测试研究

"像素碲锌镉探测器低噪声读出芯片设计与测试 (2012年)" 这篇论文探讨了像素碲锌镉探测器的低噪声读出芯片设计及其测试结果。碲锌镉（Cadmium Telluride, CdTe）探测器在核物理、医学成像、环境监测等领域有广泛应用，其性能对信号读取的精度和噪声控制至关重要。针对高密度和低噪声的读出需求，研究者设计了一款8通道的低噪声前端读出集成电路（Analog Front-End, AFE）。 该AFE芯片每个通道包括两级电荷灵敏前放、4阶半高斯（Half-Gauss）成形电路和输出驱动放大器。两级电荷灵敏前放用于将探测器产生的微弱电荷信号转换为电压信号，而4阶半高斯成形电路则用于优化信号形状，减小噪声影响。输出驱动放大器确保信号能够有效传输到后续的信号处理电路。采用0.35微米互补金属氧化物半导体（CMOS）工艺制造的这款芯片，在流片测试中表现出良好的性能。 单通道的电荷增益在65至260毫伏/电荷（mV/fC）范围内，这意味着芯片能有效地将电荷信号转化为电压。成形时间可调，范围从1微秒到4微秒，提供了灵活性以适应不同应用的需求。通过测试，得到的最优等效噪声电荷（ENC）为200电子（e），这是衡量芯片噪声性能的一个关键指标。在连接碲锌镉探测器后，对241Am和57Co放射源的全能峰进行能量分辨率测试，分别达到了9.6%和5.9%，这表明芯片在实际应用中的性能良好。 尽管初步测试结果令人满意，但论文也指出了一些挑战。探测器的漏电流和输入端的寄生电容可能导致电子学噪声的增加，这是未来需要改进的地方。此外，论文还强调了噪声实测结果与仿真结果的一致性，这反映了设计过程中的建模和分析准确性。 这篇论文详细介绍了设计一款专用于像素碲锌镉探测器的低噪声读出芯片的过程，并展示了其在实际应用中的潜力。通过优化电路设计和选择适当的工艺技术，研究人员成功地实现了高灵敏度和低噪声的读出性能，为碲锌镉探测器的进一步发展提供了技术基础。同时，论文提出的挑战也为后续研究指明了方向，即如何更有效地降低探测器和电路接口的噪声，以实现更高的检测性能。