γ射线辐照CMOS有源像素传感器的总剂量辐射效应研究

摘要

为研究某国产0.5μmCMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor,互补金属氧化物半导体)N阱工艺CMOS有源像素传感器(CMOS Active Pixel Sensors简称CMOS APS)的电离总剂量效应,分别对传感器的整体电路和像素单元结构进行了60Co-γ辐照试验,分析了辐射对器件主要性能指标的影响.在辐照与退火过程中,采用离线测试的方法,重点考察了器件的暗信号、暗信号非均匀性、饱和输出信号、像素单元输出信号等参数的变化规律.试验发现随着辐照剂量的增加,暗信号和暗信号非均匀性均显著退化,饱和输出信号逐渐减小且与像素单元饱和输出信号变化基本一致.分析认为暗信号退化的主要原因是光电二极管PN结和复位晶体管源端N+/Psub结表面边界周围的SiO2产生了大量的界面态;饱和输出信号退化的主要原因是光电二极管受辐照后耗尽层电容减小,从而导致满阱容量下降.通过60Co-γ辐照试验,结合像素单元结构与CMOS APS整体电路的辐射损伤,0.5μm工艺CMOS APS受辐射后参数退化的主要原因是光电二极管周围的整个LOCOS隔离氧化层产生了大量的辐射感生电荷.