辐射剂量率效应对CMOS像感器工作性能的影响研究

摘要

随着CMOS技术的不断发展，CMOS像感器以其功耗低、耐辐射能力强等诸多优点，应用越来越广泛。但是恶劣、复杂、极端的空间辐射环境会对承担空间任务的CMOS像感器造成辐射损伤，导致其工作参数的退化甚至器件的失效。因此近年来，众多科研工作者通过地面辐射模拟试验来研究和预估CMOS像感器的辐射效应。在地面模拟试验中，通常通过高剂量率加速辐照试验以对空间环境中的总剂量进行模拟。但是这种加速方法是否能反映CMOS像感器在实际空间辐射环境中性能的改变，即二者是否具有等效性，是一个从未被讨论过的问题。
　　本论文从以上问题角度出发，主要完成了以下几方面的研究工作：
　　探讨了地面辐射模拟试验中剂量率的选取与实际空间环境的差异，提出了对辐射效应中剂量率因素展开研究的必要性。
　　分析了辐射总剂量和剂量率对CMOS像感器核心器件光电二极管和MOSFET辐射效应的作用机理，并在此基础上建立了剂量率对光电二极管和MOSFET主要特性参数影响的数学模型。
　　针对目前研究中缺乏大剂量率辐射试验的现状补充了CMOS像感器的电子辐射试验，采用高速电子为辐射源，选取剂量率为100rad(Si)/s，对深圳国鼎公司出品的商用CMOS像感器进行辐射试验，并考察了其相关参数的变化规律。
　　通过综合分析现有文献数据和试验数据，探讨了辐射剂量率对CMOS像感器暗电流和光强响应度的影响规律，并给出了暗电流增长速率关于辐射剂量率变化趋势的经验公式。并提出了一种多点布局开展剂量率试验研究的方法，有助于节约相关试验所需的时间成本和经济成本。
　　本文开创性地提出了在开展CMOS像感器辐射效应试验时需要考虑剂量率影响的观点，并围绕该问题展开了一系列的研究，取得了一定的研究成果，为今后开展CMOS像感器辐射研究提供了一种新的思路，对今后的剂量率研究工作具有一定的参考价值。

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第1章 绪 论

1.1 课题背景及研究意义

1.2 CMOS像感器发展及应用状况

1.3 CMOS像感器的空间辐射效应研究

1.4 文献综述及分析

1.5 本文主要研究内容

第2章 空间辐射环境及其效应研究

2.1 空间辐射环境分析

2.2 航天器轨道辐射环境分布

2.3 辐射对器件的损伤效应与机理分析

2.4 本章小结

第3章 CMOS像感器辐射效应分析

3.1 CMOS像感器结构及工作原理

3.2 CMOS像感器的核心器件

3.3 剂量率效应对CMOS像感器的影响

3.4 本章小结

第4章 CMOS像感器辐射效应试验研究及文献数据分析

4.1 试验方案

4.2 试验结果

4.3 剂量率效应对CMOS像感器工作特性的影响

4.4 多点布局剂量率试验方法的研究

4.5 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及其他成果

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