CMOS图像传感器光电二极管的辐射损伤及防护研究

来源 :南华大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:gmwang2009
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本文通过模拟计算γ射线以及电子在CMOS图像传感器像元中的沉积能,分别对γ射线以及电子对CMOS图像传感器光电二极管的辐照损伤进行了分析,并对三种不同像元尺寸的损伤程度进行对比。选取了5种不同像元尺寸的商用CMOS图像传感器,通过在60Co源辐照下,对图像暗电流进行分析。通过对光电二极管辐照损伤研究,选取7种重金属氧化物玻璃对其屏蔽性能进行对比,并得到适当透明材料进行防护,延长CMOS图像传感器在复杂源项下的工作寿命,对在复杂辐射源项下使用商用CMOS图像传感器的普及有推进作用。  GEANT4模拟后发现低能γ射线对沉积能的贡献最大。对于不同尺寸的光电二极管,在栅氧化层 SiO2中,当入射光子能量小于0.04MeV时,在SiO2中的沉积能随着像元尺寸的增大而增大,当能量大于0.04MeV时,5μm像元尺寸的沉积能最大,并且低能时的沉积能要远大于高能,因此,在屏蔽时着重考虑低能射线的防护。在衬底 Si中,沉积能随着像元尺寸的增大而增大,对于整个模型,同样沉积能随着像元尺寸的增大而增大。  像元内沉积能随入射电子能量的增加而增加。对于栅氧化层,三种不同尺寸像元的沉积能变化不明显;对于衬底Si,沉积能随像元尺寸的增大而增大;对于整个模型,同样沉积能随着像元尺寸的增大而增大。  实验发现图像暗电流会出现突变阈值,暗电流随着剂量率的增大而增大。随着辐照时间的不断增加,暗图像平均灰度会出现突变阈值,不同图像传感器的突变阈值不同,像元尺寸与突变阈值没有直接关系。  MCNP模拟发现,重金属氧化物玻璃质量衰减系数随铅含量的增加而增加,平均自由程随光子能量的增加而增加,但是随着铅含量的增加而减小。随着铅含量的增加,平均自由程存在突变阈值。  GEANT4模拟电子穿过重金属氧化物玻璃时,发现韧致辐射γ射线能量主要集中在低能区,并且电子穿透能力较弱,因此在防护时主要目的是过滤射线中的低能部分并减少进入 CMOS图像传感器光电二极管的粒子数。
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