可见光CMOS图像传感器的激光辐照效应研究

摘要

随着大规模集成电路的发展以及制作工艺的改良，CMOS图像传感器在国防、工业及科学技术领域得到了广泛的应用，如监视、工业检测以及材料科学等，因此CMOS图像传感器的辐照效应也随之成为国内外相关领域的一个研究热点。但以往的研究工作主要集中射线辐照对单元探测器的各种参数的影响，以及射线损伤探测器的研究等，对于CMOS图像传感器的激光辐照效应研究还鲜有报道。本文选用芯片型号为MT9V022的可见光CMOS图像传感器作为靶材，系统研究了连续激光与脉冲激光辐照器件的实验现象，并对其中特殊现象进行了分析。其主要工作和结论如下：
　　1.连续激光与脉冲激光对CMOS图像传感器的辐照效应研究。通过实验，观察到被激光辐照的器件输出像元饱和、过饱和（黑白反转）以及饱和串扰现象，发现了随激光功率密度的增大，图像先出现过饱和现象，后出现饱和串扰现象，与以往CCD的辐照效应不同。研究结果表明，在相关双采样电路(CDS)技术条件下，强光辐照导致器件基底信号呈现饱和是被辐照像元出现过饱和现象的主要原因；而强光辐照导致器件的共用参考电压输出异常是导致器件出现饱和串扰现象的主要原因。另外，与连续激光辐照不同，脉冲激光辐照CMOS图像传感器时，出现各种不同的饱和串扰现象，与脉冲作用时刻有关。
　　2.CMOS图像传感器饱和干扰面积扩展规律研究。随着激光的功率密度增大，器件的饱和干扰面积也随之增大。研究结果表明，在低功率密度激光辐照下，主要是衍射造成器件饱和面积扩展，其饱和面积与功率密度的2/3次方成正比；在高功率密度激光辐照下，主要是散射造成器件饱和面积扩展，其饱和面积与功率密度的2/s次方成正比。
　　3.双脉冲对CMOS图像传感器的辐照效应研究。对比了总能量密度相同条件下，单脉冲与双脉冲纳秒激光的干扰以及损伤效果，发现双脉冲更易造成探测器的损伤，初步分析了其机理。
　　本文的研究结果一方面丰富了激光破坏机理数据库，另一方面能够为光电子器件的抗激光加固技术提供有益的建议，并为激光对成像器件的干扰效果评估提供参考。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 研究背景和意义

1.2 国内外研究现状

1.3 研究内容及结构

第二章 CMOS图像传感器简介

2.1 CMOS像元结构

2.2 CMOS工作原理

2.3 MT9V022型CMOS图像传感器简介

2.4 小结

第三章 激光干扰CMOS图像传感器实验研究

3.1可见光CMOS图像传感器饱和阈值测量

3.2连续激光辐照CMOS图像传感器实验研究

3.3毫秒脉冲激光辐照CMOS图像传感器实验研究

3.4短脉冲激光辐照CMOS图像传感器实验研究

3.5 激光干扰CMOS与CCD实验结果对比分析

3.6 激光干扰饱和面积扩展研究

3.7 本章小结

第四章 双脉冲损伤CMOS图像传感器实验研究

4.1实验系统

4.2实验现象与分析

4.3总结

第五章 总结与展望

5.1本文主要工作及相关成果

5.2下一步工作展望

致谢

参考文献

作者在学期间取得的学术成果