CMOS圖像傳感器電子和質(zhì)子輻照效應(yīng)研究.pdf

1、本文針對(duì)商用LUPA4000型CMOS圖像傳感器,利用DD1.2高頻高壓電子加速器和2×6MVEN-18串列式靜電加速器,進(jìn)行了1MeV電子和11MeV質(zhì)子輻照試驗(yàn),對(duì)經(jīng)輻照的圖像傳感器進(jìn)行了室溫和100℃退火試驗(yàn),總結(jié)了在不同輻照條件和退火過(guò)程中CMOS圖像傳感器主要性能指標(biāo)的變化規(guī)律,對(duì)比分析了電子和質(zhì)子輻照效應(yīng)的異同,并對(duì)CMOS圖像傳感器輻照損傷機(jī)理進(jìn)行了探討。
　　在加偏置電壓條件下進(jìn)行1MeV電子輻照,器件的暗信號(hào)和讀

2、出總噪聲隨輻照注量的增加接近于線(xiàn)性增長(zhǎng),在1.1E12/cm2注量下,暗信號(hào)從43mv.ms-1增加到3784mv.ms-1,讀出總噪聲從0.7448mv增加到0.9041mv。光響應(yīng)非均勻性和壞點(diǎn)數(shù)量在較小注量時(shí)變化不大,當(dāng)注量分別達(dá)到5E11/cm2和9E11/cm2后,呈迅速增長(zhǎng)的趨勢(shì)。與未加偏置電壓相比,加偏置電壓使圖像傳感器性能變化更為嚴(yán)重,并在1.3E12/cm2注量下導(dǎo)致器件失效。
　　在未偏置電壓條件下進(jìn)行11Me

3、V質(zhì)子輻照,當(dāng)輻照注量小于1E10/cm2時(shí),圖像傳感器參數(shù)變化較小,隨輻照注量繼續(xù)增加則呈迅速增長(zhǎng)的趨勢(shì)。在3E11/cm2注量下,暗信號(hào)和讀出總噪聲分別達(dá)到7531mv.ms-1和1.04511mv。在加偏置電壓輻照條件下,當(dāng)輻照注量較小時(shí),參數(shù)變化與未加偏置電壓時(shí)類(lèi)似,輻照注量達(dá)到一定值后,參數(shù)變化比未加偏置時(shí)更大,在3E11/cm2注量下器件失效。
　　對(duì)經(jīng)未加偏置電壓質(zhì)子輻照的圖像傳感器先后進(jìn)行退火試驗(yàn)表明,圖像傳感器的

4、各項(xiàng)性能參數(shù)在室溫退火初期有一定的恢復(fù),在隨后100℃退火時(shí),各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)一步下降,但不能恢復(fù)到輻照前的水平。
　　對(duì)CMOS圖像傳感器輻照損傷機(jī)理分析表明,帶電粒子輻照在光敏二極管的N型區(qū)中形成輻照缺陷以及氧化層界面態(tài),是光電二極管暗信號(hào)的增大的原因。MOS晶體管的輻照損傷效應(yīng)造成噪聲,光響應(yīng)非均勻性和壞點(diǎn)的增長(zhǎng)。質(zhì)子輻照時(shí)存在電離和位移兩種效應(yīng),在較小輻照注量下,質(zhì)子電離效應(yīng)比電子效應(yīng)弱,圖像傳感器參數(shù)變化小于電子輻照,當(dāng)輻照注