質子輻照下4T CMOS圖像傳感器滿阱容量退化模擬研究

楊 勰， 王祖軍， 尚愛國， 霍勇剛， 薛院院， 賈同軒， 焦仟麗

(1. 西安高科技研究所， 西安 710025； 2. 強脈沖輻射環境模擬與效應國家重點實驗室， 西安 710024； 3. 湘潭大學 材料科學與工程學院， 湘潭 411105)

目前，主流的可見光固態圖像傳感器有電荷耦合器件(charge couple device，CCD)和互補金屬氧化物半導體(complementary metal oxide semiconductor， CMOS)圖像傳感器2種。與CCD相比，CMOS圖像傳感器具有功耗低、集成度高和價格低等優點[1-5]。近些年隨著背照式和堆棧式等新型CMOS圖像傳感器技術的進步，CMOS圖像傳感器將成為星敏感器、太陽敏感器和空間遙感等光學成像系統中不可替代的核心器件[1-6]。然而在未來星際空間的探索中，器件面臨惡劣的輻射環境，可能會造成器件短暫性或永久性輻照損傷，甚至使CMOS圖像傳感器功能失效，這將嚴重影響到航天器的成像性能[1-2]。

國內外均開展了CMOS圖像傳感器質子輻照損傷相關研究，但主要以實驗研究為主，仿真模擬研究開展較少，且大部分研究集中在暗電流、圖像噪聲、暗電流非均勻性、飽和輸出和轉化增益等參數隨質子輻照注量變化規律方面[5-9]，對圖像傳感器滿阱容量性能退化及抗輻射設計研究較少。滿阱容量是指能夠存儲在PPD內的最大電荷量，滿阱容量下降會導致圖像傳感器的動態范圍、信噪比及靈敏度等性能退化[10]。然而，已開展的輻照實驗并未揭示質子輻照導致圖像傳感器滿阱容量下降機理。與實驗相比，理論模擬可直觀揭示質子輻照下滿阱容量與像素內部結構及工藝參數的關聯，在CMOS圖像傳感器輻射損傷評估及抗輻射加固技術方面具有獨特的優勢。……