宇航成像技术广泛应用于对地遥感观测、空间态势监控、航天器姿态控制等航天工程，是横跨航天器平台技术和有效载荷技术两大领域的关键性技术，其最为核心的组件是各类高性能高可靠光电探测器件，具体到可见光和近红外波段，主要是CCD和CMOS图像传感器。相对于传统的CCD，CMOS图像传感器器件感光像素阵列与读出电路、图像处理电路等可单片集成，工作电压较低，且采用随机读出方式，便于进行窗选等可配置操作，更加符合未来宇航设备轻小型、智能化、长寿命等发展趋势。　　由于卫星工作的绕地轨道上存在银河宇宙射线、太阳粒子和地球俘获带质子、电子等复杂的辐射环境，给CMOS图像传感器的正常工作带来威胁，导致其性能随在轨工作时间增加逐步退化，降低了空间任务的效果和卫星的有效使用寿命。高可靠性和长寿命的光学系统一直是空间探索任务的追求，因此CMOS图像传感器的空间辐射环境适应性和耐受力成为国内外辐射效应研究领域的热点。为了安全可靠的将CMOS图像传感器应用于空间辐射环境，针对器件在轨应用、抗辐射加固及评估中遇到的各种问题，国内外对CMOS图像传感器空间辐射效应开展了诸多的研究。　　在总结前人的研究成果时，我们发现在以下几方面缺乏深入研究。在效应机理研究方面，国内外主要针对电离总剂量辐射损伤机理开展了相关试验研究，对位移损伤效应及单粒子效应造成的损伤机制研究较少;在抗辐射加固设计方面，对CMOS图像传感器的加固方法研究涉及工艺、版图、电路结构等方面，并且用设计实际器件验证加固原理，但综合设计加固较少，国内的相关研究大多停留在理论阶段;在试验样品选取方面，国内外大部分研究都是立足于CMOS图像传感器的整体电路作为研究对象，由于没有对电路内部单元及元件中的辐照感生缺陷进行定量分离与测试，从而很难从本质上定量揭示辐射损伤机理。此外，随着CMOS图像传感器的制造工艺从深亚微米、超深亚微米到纳米量级的不断减小，像素数越来越高，带来了很多新的辐照损伤物理机制，辐照损伤效应仍有很多问题亟待深入研究。　　针对前面分析国内外研究中存在的问题，本论文选取3T、4T不同像素类型为研究对象，以单独封装的CMOS图像传感器像素单元、以及器件整体电路为研究对象，首先建立了CMOS图像传感器的辐射效应测试系统与参数测试方法，通过CMOS图像传感器的γ射线、电子、质子、中子辐照试验，基于像素单元以及整体电路建立CMOS图像传感器的空间辐射效应及损伤机理模拟试验研究方法，获得了器件在不同粒子辐照下的暗信号、暗信号非均匀性、饱和输出电压等电学参数及光谱响应的变化规律，分析了不同粒子辐照导致的电离总剂量效应、位移损伤效应。通过研究像素单元的辐射损伤与电路性能参数退化的相关性，分析了辐射诱发缺陷与器件电学、光学参数退化的相关性。通过以上研究获得了辐射效应与机理的相关结果:γ射线与电子辐照主要导致电离总剂量效应，表现为暗信号、暗信号非均匀性、饱和输出电压产生退化，其机理是辐照在场氧中感生氧化物陷阱电荷与界面态，界面态占主导;质子辐照除导致电离总剂量效应，还导致位移损伤，中子辐照主要导致位移损伤。位移损伤主要表现为暗信号、光谱响应特性发生变化，此外还产生大量的热像素和随机电码信号，其机理主要是辐照感生点缺陷、缺陷簇等体损伤，形成禁带中的陷阱能级。通过不同粒子辐照试验探寻了深亚微米工艺条件下4T-CIS的弱点，提出了国产CIS的抗辐射加固优化建议，研究了辐射损伤对4T-CIS图像拖影的影响，获得图像拖影的退化规律，结合器件工艺结构和能带模型，分析了图像拖影退化的物理机理。　　通过项目实施建立的测试系统与测试方法为国产器件研制、工程应用评估提供了良好的支撑。试验内容设计与国产CMOS图像传感器的设计与工艺充分结合，相关研究结果对CMOS图像传感器抗辐射工艺的发展、辐射损伤评估方法和试验标准的建立具有重要的指导作用。