论文部分内容阅读
目前,图像传感器主要分为两类,电荷耦合器件(Charge-Coupled Device, CCD)和互补金属氧化物场效应管(Complementary Metal Oxide Semiconductor, CMOS)图像传感器。CCD传感器一直主导着图像传感器市场,直到20世纪90年代中期,喷气推进实验室(JPL)改进了CMOS图像传感器的性能以满足其空间应用的需要。因其超低功耗、高集成度、尺寸小、成本低的优点,非常适应日益减小的航天器尺寸,CMOS图像传感器迅速发展起来。近十几年来,CMOS图像传感器经过不断改进,很多性能已经可以媲美CCD。加之其固有的一些特点,比如像元内放大、列并行结构,以及深亚微米CMOS处理等优势,无论商用领域还是空间应用领域,都颇受重视。空间环境会对大多数集成电子器件造成损伤。空间环境普遍存在的γ射线、X射线、电子、质子、中子以及各种重离子可以导致器件瞬时失效或永久损伤。此外,微型卫星对微米纳米级的器件应用更加剧了电子器件受辐照损伤的可能性。本文首先概述了CMOS图像传感器的发展及空间应用现状。通过对CMOS图像传感器的结构分析及工作原理,结合空间辐射理论,探讨CMOS图像传感器的性能受辐射的影响。得出辐射会导致CMOS图像传感器暗电流增加、响应度降低及暗输出的不均匀性。提出辐射损伤的“滞后效应”。从理论和试验的角度分述该现象的原因及对策。本文以γ辐射源模拟空间辐射环境,进行了CMOS图像传感器的电离辐射试验。辐射累积剂量为0~5×10~4rad,试验在哈尔滨技术物理研究所进行。当辐射剂量达到4×10~4rad时,暗电流没有变化,不均匀度近似为0。辐射剂量为5×10~4rad时,暗电流有微小增加,不均匀度有所增长。响应度在此剂量范围内变化不明显。辐射停止后,器件性能迅速变坏,“滞后效应”显著。之后逐渐退火,各参数趋于稳定。本试验获得大量数据,可作为后续研究的储备。