论文部分内容阅读
近年来,CMOS图像传感器凭借其集成度高,抗干扰能力强,功耗低等优点,广泛应用到各个领域。随着航天技术的飞速发展,各个卫星平台、星敏感器等航天设备都需要CMOS图像传感器进行图像数据的传输。但空间环境复杂多变,粒子种类繁多,这些粒子入射到半导体器件中,对半导体器件造成一定的损伤,本文主要研究能量较高的粒子入射到半导体器件中,与材料中的Si原子发生碰撞,产生能量损失,导致器件发生单粒子效应。在卫星激光通信系统中,CMOS图像传感器一旦发生单粒子效应,会使得光斑质心定位不准确,造成跟踪精度下降。自21世纪以来,人们开始对CMOS图像传感器的单粒子效应进行研究。目前,国内外尚没有用锎源作为辐射源,对CMOS像感器进行单粒子效应实验的先例;同时也没有给出相关CMOS图像传感器单粒子效应实验数据,如单粒子效应平均暗输出灰度值、单粒子变化率和单粒子效应截面与辐射通量之间的关系。针对以上问题,本文主要完成了以下工作:总结了国内外对于CMOS图像传感器单粒子效应的进展情况,提出了对CMOS图像传感器进行单粒子效应实验的必要性。根据单粒子效应的理论基础,结合光电二极管和MOSFET场效应晶体管的工作原理,建立了光电二极管和MOSFET场效应晶体管的单粒子效应模型,同时分析CMOS图像传感器像素单元的工作原理,建立了CMOS图像传感器像素单元的单粒子效应模型。搭建了CMOS图像传感器的单粒子效应实验系统,采用地面单粒子效应模拟源锎源252Cf和普通商用像感器AR0130,分析了CMOS图像传感器单粒子效应的实验结果。提出了单粒子闪烁、单粒子准饱和与单粒子饱和现象;得到了CMOS图像传感器发生单粒子效应时平均暗输出灰度值、单粒子暗输出非均匀度、单粒子变化率和单粒子截面随辐射通量的变化关系,为以后CMOS图像传感器单粒子效应的进一步实验提供了一定的数据支持,也为CMOS图像传感器的空间应用提供一定的依据。针对CMOS图像传感器的单粒子效应实验结果,结合辐射源锎源252Cf裂变粒子的特性,分析不同粒子对于CMOS图像传感器单粒子效应的影响程度,及CMOS图像传感器像敏面区域对单粒子效应的影响。本文进行了以锎源为辐射源的CMOS图像传感器的单粒子效应实验,并取得一定的实验结果,同时建立了CMOS图像传感器像素单元的单粒子效应理论模型,为今后CMOS图像传感器单粒子效应的实验和理论研究奠定了基础。