EBCMOS近贴聚焦结构及电场分布对电子运动轨迹的影响

为获得高分辨率的电子轰击型CMOS(EBCMOS)成像器件,本文就近贴聚焦结构内电场分布对电子运动轨迹的影响进行了研究。设计了不同的EBCMOS结构并得到3种电场分布情况,分别为光电阴极和背面轰击型CMOS(BSBCMOS)之间的等势面不平行、部分平行和彼此平行。根据电磁学理论结合蒙特卡洛模拟方法,分别模拟了每种电场分布情况下的电子运动轨迹。研究结果表明:当设计的电子倍增层表面覆盖一层30 nm的超薄重掺杂层,保持极间电压为4000 V且极间距为1 mm时,光生电子轰击BSB-CMOS表面时扩散直径可减小至30μm。此结构具有电子聚焦作用,有助于实现高分辨率的EBCMOS。同时,进一步研究了光电阴极与BSB-CMOS之间的距离和电压对电子扩散直径的影响。研究发现,近贴间距越小、加速电压越高,相应的电场强度就越高,越有利于电子聚焦。本文工作将为改进电子轰击型CMOS成像器件的分辨率特性提供理论指导。