A functional prototype of an optimized CdTe/CZT sensor.

Result code in IS VaVaI

<a href="https://www.isvavai.cz/riv?ss=detail&h=RIV%2F01732731%3A_____%2F25%3AN0000002" target="_blank" >RIV/01732731:_____/25:N0000002 - isvavai.cz</a>

Result on the web

<a href="https://advacam.com/projekty/vysledky/2025FVZ002/" target="_blank" >https://advacam.com/projekty/vysledky/2025FVZ002/</a>

DOI - Digital Object Identifier

—

Result language

čeština

Original language name

Funkční vzorek optimalizovaného CdTe/CZT senzoru

Original language description

Výsledek je zaměřen na potlačení polarizačních jevů a zvýšení dlouhodobé obrazové stability hybridních polovodičových detektorů záření na bázi CdTe/CdZnTe. Tyto senzory vykazují při dlouhodobém provozu degradaci odezvy způsobenou akumulací prostorového náboje, deformací vnitřního elektrického pole a změnou transportních vlastností nosičů náboje. Tento výsledek zahrnoval dlouhodobé testování nových bias padů za různých teplot s cílem urychlené degradace materiálu, popř. zjistit důvod pro vznik klastrů pixelů, stabilizovat elektrické pole v objemu senzoru, snížit obrazové artefakty související s polarizací, vyvinout hardwarové a softwarové metody stabilizace senzoru a ověřit jejich účinnost. Funkční vzorek představuje optimalizovaný CdTe/CdZnTe senzor určený pro zobrazovací aplikace. Základní charakteristiky: • Materiál: CdTe/CdZnTe • Typ anody: injekční / blokující (testovány obě varianty) • Tloušťka senzoru: 1 mm Součástí optimalizace konstrukce senzoru bylo také nahrazení původně používaného uhlíkového vodivého lepidla uhlíkovou vodivou páskou (Mouser Electronics) pro realizaci elektrického kontaktu. Tato změna byla provedena s cílem: • zvýšit reprodukovatelnost a homogenitu kontaktu, • snížit sériový přechodový odpor, • omezit dlouhodobé změny kontaktu způsobené stárnutím lepidla, • zjednodušit montáž a servisní zásahy. Použití uhlíkové pásky vedlo ke stabilnějším elektrickým podmínkám na rozhraní Al pad–senzor (Pt vrstva) a bylo prokázáno, že během dlouhodobého provozu nevznikají pod uhlíkovou páskou klastry nefunkčních pixelů. V rámci testování vodivostní homogenity uhlíkové pásky bylo zjištěno, že Al pad by měl mít poloměr minimálně 2 mm, aby byl zajištěn stabilní přívod biasu. Hardwarové metody Pulzování biasem. Periodické krátkodobé změny přiloženého napětí vedoucí k odstranění zachycených nábojů z pastí a redukci prostorového náboje. Byly testovány různé tvary pulzu biasu. Nejúčinnější variantou se ukázal pulz, jehož principem je jednoduché přerušení biasu na nulu a jeho následné obnovení na provozní hodnotu (-350 V). Testování pomocí vybraného napěťového pulzu má dva možné směry: Dosáhnout co nejstabilnějšího obrázku. Dosáhnout co nejrychlejšího pulzu, který dává za daných podmínek co nejstabilnější obrázek. V případě prvního bodu bylo zjištěno, že při použití bias pulzu s délku depolarizační doby s nulovým biasem 50 ms, s 10 ms čekacím časem a 190 ms akvizicí obrázku dojde ke zlepšení obrazové stability o faktor 8,3. Při zaměření se na co nejkratší pulz se jako nejvhodnější ukázal pulz biasu o krátké délce depolarizační doby s nulovým biasem 4 ms, s čekací dobou 0,5 ms a akvizicí 190 ms, který vedl ke zlepšení obrazové stability o faktor 5,35. Celková doba trvání pulzování biasem, zahrnující vlastní pulz a čekací dobu, činí 5 ms, přičemž expoziční čas je prodloužen o tuto hodnotu před každým snímkem nebo před sekvencí snímků. Řízené přisvěcování LED diodami. V rámci experimentů byly testovány CdTe senzory se dvěma typy anodových struktur – s injekční anodou a s blokující anodou, aby bylo možné porovnat vliv typu kontaktu na stabilizační mechanismy a odezvu na optické přisvěcování. Výsledky ukázaly, že optimální stabilizační režim závisí na charakteru anodového kontaktu. U senzorů s injekční anodou se jako nejúčinnější metoda stabilizace projevilo boční přisvěcování podgapovým zářením (záření projde senzorovou hranou až přes celou plochu senzoru) o vlnové délce 980 nm, které vedlo k efektivní kompenzaci prostorového náboje a stabilizaci rozložení elektrického pole v objemu detektoru. Tento režim současně přispíval ke zlepšení dlouhodobé obrazové stability. Naopak u senzorů s blokující anodou vykazovalo z fyzikálního hlediska nejvyšší účinnost přímé nadgapové osvětlení anody, které podporuje generaci volných nosičů náboje a efektivní obnovení elektrického pole v blízkosti kontaktu. Vzhledem k omezené přístupnosti anody v reálném detektorovém modulu však byla jako prakticky realizovatelná alternativa ověřena metoda bočního podgapového přisvěcování, zejména v oblasti vlnových délek kolem 904 nm. Softwarové metody Implementace algoritmů adaptivní flat-field (AFF) korekce do uživatelského softwaru (Výsledek 2). Metoda využívá funkci adaptivní flat-field korekce, která pro každý pixel vybírá a aplikuje nejvhodnější korekci z databáze předem naměřených flat-field obrazů. AFF korekce kompenzuje reziduální změny odezvy na úrovni obrazu V případě CdZnTe senzoru s tloušťkou 2 mm bylo prokázano jednoznačné vylepšení obrazu a odstranění šumících hran při provozování detektoru za vysokého napětí o hodnotě –900 V a se zvýšenou hodnotou rychlosti vybíjecího proudu tzv. Ikrum 90. Byl realizován funkční vzorek optimalizovaného CdTe/CdZnTe senzoru s novými bias pady a s postupně implementovanými metodami stabilizace. Vyzkoušené hardwarové a softwarové přístupy vedou k prokazatelnému potlačení polarizace a zlepšení dlouhodobé stability. Výsledek je připraven pro integraci do nového řádkového detektoru s CdTe/CdZnTe senzorem (V7), kde bude vyzkoušena kombinace hardwarových a softwarových přístupů.

Czech name

Funkční vzorek optimalizovaného CdTe/CZT senzoru

Czech description

—

Type

G_funk - Functional sample

CEP classification

—

OECD FORD branch

20201 - Electrical and electronic engineering

Project

<a href="/en/project/FW10010210" target="_blank" >FW10010210: XiChip: Sensor Chip and Technology for X-ray Imaging</a><br>

Continuities

P - Projekt vyzkumu a vyvoje financovany z verejnych zdroju (s odkazem do CEP)

Publication year

2025

Confidentiality

S - Úplné a pravdivé údaje o projektu nepodléhají ochraně podle zvláštních právních předpisů

Internal product ID

2025FVZ002

Numerical identification

G

Technical parameters

viz. Popis výsledku v původním jazyce výsledku

Economical parameters

Plánovaný výrobek (vícečipový zobrazovací detektor) splní vysoké nároky průmyslu na zobrazovací detektor, a to jak z hlediska robustnosti hardwaru, tak z hlediska uživatelské vstřícnosti softwarového rozhraní, resp. integrace do nadřazené softwarové architektury. Parametry výrobku jsou v souladu s porozuměním potřeb budoucích zákazníků (především OEM) a aplikací u jejich koncových klientů (především NDT a kontrola kvality).

Application category by cost

—

Owner IČO

01732731

Owner name

ADVACAM s.r.o.

Owner country

CZ - CZECH REPUBLIC

Usage type

A - K využití výsledku jiným subjektem je vždy nutné nabytí licence

Licence fee requirement

A - Poskytovatel licence na výsledek požaduje licenční poplatek

Web page

https://advacam.com/projekty/vysledky/2025FVZ002/