CMOS圖像傳感器西安200 MeV質(zhì)子應(yīng)用裝置H-輻照效應(yīng)實(shí)驗(yàn)研究

王祖軍, 薛院院, 劉臥龍, 陳 偉, 王 迪, 焦仟麗, 賈同軒, 楊 業(yè), 王茂成, 王百川, 王忠明

(1. 西北核技術(shù)研究所， 西安 710024； 2. 強(qiáng)脈沖輻射環(huán)境模擬與效應(yīng)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 西安 710024；3. 湘潭大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院， 湘潭 411105)

互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)圖像傳感器(CIS)是一種采用CMOS工藝，將圖像傳感器的像元陣列、時序控制、信號處理、A/D轉(zhuǎn)換及接口電路等集成一體的固態(tài)圖像傳感器。與電荷耦合器件(CCD)相比，CIS具有功耗低、控制簡單、單片集成、隨機(jī)讀取及成本低等優(yōu)點(diǎn)，在遙感成像、星敏感器和太陽敏感器等衛(wèi)星圖像采集處理方面正逐步取代CCD圖像傳感器[1-2]。然而，CIS在軌工作時，會受到空間輻射損傷的影響，嚴(yán)重時甚至導(dǎo)致器件功能失效，對航天器成像系統(tǒng)在軌正常運(yùn)行與效能發(fā)揮構(gòu)成嚴(yán)重威脅。

CIS的輻照損傷效應(yīng)主要有總劑量效應(yīng)、位移效應(yīng)和單粒子效應(yīng)[1-4]。在空間輻射環(huán)境中，CIS的輻照損傷主要由空間質(zhì)子引起，質(zhì)子輻照損傷效應(yīng)一直是CIS輻照效應(yīng)研究的熱點(diǎn)問題之一。近年來,國內(nèi)外主要開展了基于180 nm工藝的CIS質(zhì)子輻照效應(yīng)研究。Virmontois等開展了180 nm工藝鉗位光電二極管(PPD)像素結(jié)構(gòu)CIS的質(zhì)子位移損傷效應(yīng)實(shí)驗(yàn)，分析了質(zhì)子輻照誘發(fā)暗信號增大、隨機(jī)電報噪聲(RTS)增多及暗信號尖峰(熱像素)產(chǎn)生的規(guī)律和機(jī)理[5-6]；王祖軍和薛院院等較系統(tǒng)地開展了不同能量(3，10，30，60，90，100，200 MeV)質(zhì)子對國產(chǎn)180 nm工藝PPD CIS的輻照效應(yīng)研究，獲得了質(zhì)子誘發(fā)暗信號、暗信號不均勻性(DSNU)、隨機(jī)噪聲、固定模式噪聲、RTS、暗信號尖峰及圖像滯留等輻射敏感參數(shù)的退化規(guī)律[7-10]。……