CMOS圖像傳感器單粒子效應及加固技術研究進展

蔡毓龍 李豫東 文 林 郭 旗

1（中國科學院新疆理化技術研究所 中國科學院特殊環境功能材料與器件重點實驗室 烏魯木齊 830011）

2（新疆電子信息材料與器件重點實驗室 烏魯木齊 830011）

3（中國科學院大學 北京 100049）

CMOS （Complementary Metal Oxide Semiconductor）圖像傳感器首次報道于20世紀60年代［1］，比 電 荷 耦 合器件（Charge-coupled Device，CCD）出現的早，但因CCD特有的性能優勢，起初研究人員研究焦點集中在CCD發展上。20世紀90年代初，來自美國國家航空航天局和愛丁堡大學科研人員的努力使得CMOS圖像傳感器的發展得以復蘇［2］。近年來，CMOS圖像傳感器性能快速提升，有些已經追趕甚至超過CCD性能，而且CMOS圖像傳感器有著體積小、集成度高、低功耗、質量輕等獨特優勢。因此，在遙感成像、星敏感器和太陽敏感器等衛星圖像采集方面正逐步取代原有的CCD［3］。空間中主要輻射環境包括銀河宇宙射線、太陽輻射和范·艾倫輻射帶。上述空間環境會對CMOS集成電路引起輻射損傷效應，主要分為：位移效應、總劑量效應和單粒子效應。其中單粒子效應越來越成為CMOS集成電路關注焦點［4-6］。不同于其他CMOS集成電路，CMOS圖像傳感器有其專用的像素單元，而且像素周邊集成更加復雜的外圍電路。因此CIS（CMOS Image Sensor）對單粒子效應更加敏感，也呈現出不同于其他CMOS集成電路的表現形式。CIS的單粒子效應主要分為SET（Single Event Transient）、SEU（Single Event Upset）、SEFI（Single Event Functional Interrupt）和 SEL（Single Event Latch-up）。其中SET和SEU會導致局部圖像異常，影響圖像質量。SEFI往往導致圖像全局異常，采集圖像完全失真，或出現CIS采圖功能中斷現象。SEL會導致器件工作電流增加，圖像異常，若圖像傳感器沒有SEL自保護裝置，嚴重時器件將無法正常工作。……