CMOS APS質子輻照效應實驗

李永宏, 李 洋, 楊 業, 劉 方, 王 迪, 趙銘彤， 劉昌舉, 趙浩昱, 賀朝會, 徐江濤

(1. 西安交通大學 核科學與技術學院， 西安 710049； 2. 西北核技術研究所， 西安 710024； 3. 天津大學 微電子學院， 天津 300072)

隨著航天工業的發展，圖像傳感器在遙感衛星、導航衛星、通信衛星及天文觀測等空間領域的應用越來越受到重視，互補金屬氧化物半導體有源像素圖像傳感器(complementary metal-oxide-semiconductor transistor active pixel sensor，CMOS APS)具有功耗低、集成度高及低成本等優點，在遙感成像、星敏感器和太陽敏感器等衛星圖像采集處理方面得到廣泛應用。由于組成空間輻射環境的地球輻射帶、銀河宇宙射線和太陽宇宙射線中質子約占73%，能量范圍從0.1～10 GeV，因此任何應用在空間系統中的器件都應考慮質子輻射環境對其性能的影響[1-2]。CMOS APS由于易驅動、低功耗及小尺寸等優勢，已被廣泛應用于空間成像系統，其在空間環境中的輻照效應敏感性受到了國內外學者的廣泛關注[3-10]。本文使用西安200 MeV質子應用裝置(Xi’an 200 MeV Proton Application Facility, XiPAF)產生的60 MeV質子對CMOS APS的質子輻照效應進行了研究，進一步揭示了CMOS APS質子輻照效應的敏感性。

設計了可用于圖像傳感器輻射效應在線測量的暗室系統，解決了以前每個輻照注量點的CMOS APS輻照效應參數測量需從加速器實驗室移至專用的光學測量實驗室進行的難題。利用該系統對CMOS APS受不同注量質子輻照后的暗信號、暗信號非均性(圖像固定噪聲)、光響應非均性和不同光強度下的器件平均輸出等參數進行了測量。

1 被測試芯片

實驗使用的CMOS圖像傳感器芯片采用單邊列并行讀出方式，每列讀出電路的寬度為6 μm。……