空间辐射对CMOS 像感器性能影响的研究-物理电子学专业毕业论文.docx

ClassifiedIndex:::JinHaoSupervisor::MasterofEngineeringSpeciality:PhysicalElectronicsAffiliation:&TechnologyDateofDefence:July,2012Degree-Conferring-Institution:HarbinInstituteofTechnology摘 要随着航天工业的迅猛发展,图像传感器在遥感卫星、导航卫星、通信卫星及天文观测等空间领域的应用越来越受到重视。CMOS像感器作为成像及探测器件以其具有功耗较低、采样频率高、抗辐射能力强、随机读取等优点在空间领域极具应用潜力。基于空间环境的特殊性,任何应用于空间系统的系统及有效载荷都应考虑其空间应用的可靠性及稳定性。由于空间存在严重的辐射环境,CMOS像感器的光强响应及探测效能会受到辐射环境的干扰,严重时会导致其无法正常工作甚至功能失效。本论文针对应用于空间辐射环境下的CMOS像感器的性能变化进行理论与实验研究,主要完成以下几个方面研究工作:空间辐射环境对CMOS像感器产生的辐射效应理论研究。本部分研究内容包括空间环境概况、卫星轨道划分及对典型粒子空间分布进行研究,提出对器件地面模拟空间辐射实验时的剂量值,分析空间辐射对卫星等航天器的光电系统、表面材料的影响;分析CMOS像感器工作原理及主要特征参数,并对其核心器件光电二极管及MOSFET的工作机理进行论述。在此基础上分析辐射对CMOS像感器的光电特性影响,建立了辐射影响CMOS像感器性能的物理过程模型。采用电子辐射源(1MeV)模拟空间辐射场研究其对CMOS像感器的影响。采用商用CMOS像感器在辐射场下进行电子辐射实验模拟,考察了辐射对CMOS像感器的暗电流、光强响应以及暗输出不均匀度的影响,并对取得的实验结果进行理论分析,在此基础上对器件暗电流的辐射变化建立数学模型。空间用CMOS像感器的辐射防护研究。从设计及工艺上提出优化防护措施,分析了器件的筛选、器件的抗辐射加固、传感器电路抗辐射设计及器件的屏蔽和辐射规避。提出了传感器抗辐射防护技术过程中的基本要素及流程。任何基于应用在空间系统的器件及有效载荷都应考虑其空间应用的抗辐射性能,本文以电子辐射CMOS像感器为研究背景,为其他空间光电系统及有效载荷辐射效应的研究提供了一种思路,研究过程中获得的大量实验数据为本课题的后续研究工作奠定了基础。关键词:CMOS像感器;辐射效应;电子辐射实验;光强响应;辐射防护AbstractWiththerapiddevelopmentoftheaerospaceindustry,municationssatellites,,highsamplingfrequency,anti-radiationandrandom-,,lightintensityresponseoftheCMOSimagesensoranddetectionperformancewillbeinterferedbytheradiationenvironment,,consideringspaceradiationenvironment,boththeoreticalandexperimentalst