CMOS有源像素图像传感器的电子辐照损伤效应研究

对某国产CMOS图像传感器进行了两种不同能量的电子辐照试验,在辐照前后及退火过程中采用离线测量方法,考察了暗信号、饱和电压、光谱响应特性等参数,分析了器件的电子辐照效应损伤机理。结果表明:暗信号和暗信号非均匀性都随着辐照剂量的增加及高温退火时间的延长而增大;饱和电压在两种能量电子辐照下均出现较大幅度的减小,并在高温退火过程中有所恢复;光谱响应特性无特别明显变化。经分析,暗电流、饱和电压的变化主要由辐照诱发的氧化物陷阱电荷导致的光敏二极管耗尽层展宽和界面陷阱电荷密度增大导致产生-复合中心的增加所引起。     

CMOS有源像素传感器的中子辐照位移损伤效应

为研究空间高能粒子位移损伤效应引起的星用CMOS图像传感器性能退化,对国产CMOS有源像素传感器进行了中子辐照试验,当辐射注量达到预定注量点时,采用离线的测试方法,定量测试了器件的暗信号、暗信号非均匀性、饱和输出电压、像素单元输出电压等参数的变化规律。通过对CMOS图像传感器敏感参数退化规律及其与器件工艺、结构的相关性进行分析,并根据半导体器件辐射效应理论,深入研究了器件参数退化机理。试验结果表明,暗信号和暗信号非均匀性随着中子辐照注量的增大而显著增大,饱和输出电压基本保持不变。暗信号的退化是因为位移效应在体硅内引入大量体缺陷增加了耗尽区内热载流子产生率,暗信号非均匀性的退化主要来自于器件受中子辐照后在像素与像素之间产生了大量非均匀性的体缺陷能级。另外,还在样品芯片上引出了独立的像素单元测试管脚,测试了不同积分时间下像素单元输出信号。     

CMOS有源像素传感器的中子辐照位移损伤效应

为研究空间高能粒子位移损伤效应引起的星用CMOS图像传感器性能退化,对国产CMOS有源像素传感器进行了中子辐照试验,当辐射注量达到预定注量点时,采用离线的测试方法,定量测试了器件的暗信号、暗信号非均匀性、饱和输出电压、像素单元输出电压等参数的变化规律。通过对CMOS图像传感器敏感参数退化规律及其与器件工艺、结构的相关性进行分析,并根据半导体器件辐射效应理论,深入研究了器件参数退化机理。试验结果表明,暗信号和暗信号非均匀性随着中子辐照注量的增大而显著增大,饱和输出电压基本保持不变。暗信号的退化是因为位移效应在体硅内引入大量体缺陷增加了耗尽区内热载流子产生率,暗信号非均匀性的退化主要来自于器件受中子辐照后在像素与像素之间产生了大量非均匀性的体缺陷能级。另外,还在样品芯片上引出了独立的像素单元测试管脚,测试了不同积分时间下像素单元输出信号。     

质子辐照下正照式和背照式图像传感器的单粒子瞬态效应

CMOS图像传感器应用于空间任务时容易受到质子单粒子效应影响.本文采用商用正照式(FSI)和背照式(BSI)CMOS图像传感器开展了不同能量的质子辐照实验,实验中通过在线测试方法分析质子单粒子效应.其中,质子能量最高为200 Me V,总注量为10¹⁰ particle/cm~2,结果未发现外围电路的单粒子效应,但观察到像素阵列出现不同形状的单粒子瞬态亮斑.通过提取瞬态亮斑沉积能量和尺寸大小两个特征参数,比较了不同能量质子对瞬态亮斑特征的影响,以及FSI和BSI中瞬态亮斑特征的差异.最后,结合仿真方法,与实验结果进行比较,预测了质子在CMOS图像传感器像素单元产生瞬态亮斑的能量沉积分布.仿真结果验证了光电二极管耗尽区厚度减小和外延层减薄是导致BSI图像传感器中质子能量沉积分布左移的主要因素.     

质子辐射下互补金属氧化物半导体有源像素传感器暗信号退化机理研究

对某国产0.5 μm工艺制造的互补金属氧化物半导体有源像素传感器进行了10 MeV质子辐射试验, 当辐射注量达到预定注量点时, 采用离线的测试方法, 定量测试了器件暗信号的变化情况. 试验结果表明, 随着辐射注量的增加暗信号迅速增大. 采用MULASSIS (multi-layered shielding simulation software)软件计算了电离损伤剂量和位移损伤剂量, 在与γ辐射试验数据对比的基础上, 结合器件结构和工艺参数, 建立了分离质子辐射引起的电离效应和位移效应理论模型, 深入分析了器件暗信号的退化机理. 研究结果表明, 对该国产器件而言, 电离效应导致的表面暗信号和位移效应导致的体暗信号对整个器件暗信号退化的贡献大致相当.     

~(60)Co-γ射线辐照CMOS有源像素传感器诱发暗信号退化的机理研究

对某国产0.5μm CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor,互补金属氧化物半导体)N阱工艺CMOS有源像素传感器的电离总剂量效应进行了研究,通过60Co-γ射线辐照试验,着重分析了对辐射最敏感的暗信号和暗信号非均匀性随总剂量退化的物理机理.实验发现,随着辐照剂量的增加,暗信号和暗信号非均匀性显著退化,并且静态偏置条件下器件的辐射损伤最大.暗信号退化的主要原因是光电二极管pn结和复位晶体管源端N+/Psub结表面边界周围的SiO2产生了大量的界面态;暗信号非均匀性显著退化是由于光电二极管的暗信号增大引起.上述工作可为深入研究CMOS有源像素传感器的抗辐射加固及其辐射损伤评估提供参考.     

CMOS图像传感器在空间技术中的应用

介绍了CMOSAPS(有源像素图像传感器 )的原理与结构 ,并介绍了发展现状。详细分析比较了CMOS图像传感器相对CCD的性能特点 ,讨论了CMOS图像传感器在空间技术中的可应用领域 ,尤其是在微纳型卫星遥感成像、姿态敏感方面替代CCD的应用可行性     

不同能量质子辐照诱发CCD图像传感器性能退化实验与分析

为了评估电荷耦合器件(CCD)在空间科学探测以及航天卫星成像等空间辐射环境中应用的可靠性,揭示了CCD转换增益以及线性饱和输出等重要性能参数的退化机制及其实验规律。辐照实验在质子回旋加速器上进行,质子能量为60 MeV和100 MeV,质子注量分别为1×10¹⁰ cm^-2、5×10¹⁰ cm^-2和1×10¹¹ cm^-2。将CCD的主要性能参数在两个不同能量质子辐照后进行比较,实验结果表明,CCD的性能参数对质子辐照产生的电离损伤和位移损伤非常敏感,辐照后转换增益和线性饱和输出明显下降,且暗信号尖峰和暗电流明显增大。此外,分析了质子辐照CCD诱发的电离损伤和位移损伤,给出了CCD性能参数退化与质子辐照能量和注量的变化关系曲线。     

基于CMOS图像传感器的成像系统设计

以OV 5 116CMOS图像传感器为例 ,讨论了基于CMOS图像传感器的成像系统的电路设计方法及系统设计中应注意的问题 ;并通过对CMOS图像传感器外围电路的优化设计实现了成像系统的微型化和轻量化。     

温度对4管像素结构CMOS图像传感器性能参数的影响

为了对4管像素结构CMOS图像传感器的空间应用提供可靠性指导,对4管像素结构的CMOS图像传感器进行了-40~80℃的变温实验,着重分析了样品器件的转换增益、满阱容量、饱和输出和暗电流等参数随温度的变化规律。实验结果表明,随着温度的升高,样品器件的转换增益从0.026 54 DN/e下降到0.023 79 DN/e,饱和输出从4 030 DN下降到3 396 DN,并且暗电流从22.9 e·pixel-1·s-1增长到649 e·pixel-1·s-1。其中器件转换增益的减小应主要归因于载流子迁移率随温度升高而下降使得像素后端读出电路增益降低;饱和输出的降低则是因为转换增益的降低,因为转换增益随温度变化对饱和输出的影响要大于满阱容量随温度变化对饱和输出的影响。     

面向实时视觉芯片的高速CMOS图像传感器

提出了一种面向实时视觉芯片的高速CMOS图像传感器.该高速图像传感器主要包括CMOS像素单元阵列、相关双采样(CDS)阵列、可编程增益放大(PGA)阵列、单次比较模数转换(ADC)阵列和控制模块.该传感器集成了光信号采集和行并行信号处理等功能,以大于1000 frame/s的速度输出数字信号或数字图像,同时实现了行并行...     

基于CCD与CMOS的图像传感技术

概述了CCD图像传感器的原理、特点及发展趋势。对CMOS图像传感器的结构和工作原理,尤其是CMOS与CCD两类图像传感之间的不同进行综述。重点介绍了CMOS图像传感器的研究现状和发展趋势。     

基于IBIS5-A-1300 CMOS图像传感器的噪音抑制技术研究

为了提高图像质量,在分析APS CMOS图像传感器工作时序的基础上,对标准时序做了改进,并对改进后的时序进行了实验仿真.结果表明,改进后的时序可有效消除固定模式噪音,达到改进图像质量的目的.     

基于CMOS图像传感器多斜率光积分的研究

基于CMOS图像传感器IBIS5-A-1300驱动时序，对多斜率光积分进行了研究，并实现同步快门模式下的多斜率光积分．选用CPLD器件作为硬件设计载体，使用VHDL语言对时序发生器进行了硬件描述．采用QutartusⅡ软件对所作的设计进行了功能仿真．实验结果表明，多斜率光积分有效扩展了普通线性转移成像器的光学动态范围．     

基于FPGA的CMOS图像传感器的驱动开发

对比分析了COMS图像传感器IBIS5-A-1300的两种工作模式,使用Verilog语言对图像传感器的驱动时序进行硬件的描述,并用ModelSim对卷帘模式的设计时序进行仿真。采用了Altera公司的cycloneⅡ系列器件EP2C20F48418进行配置和验证,结果证明了时序电路的正确性。该系统适用于航天领域空间图像采集任务。     

A study of radiation effects of 9 and 12 MeV protons on Chinese CMOS image sensor degradation

The 9 and 12MeV proton irradiations of the Chinese CMOS Image Sensor in the fluence range from 1×10⁹ to 4×10×10cm^－2 and 1×10⁹ to 2×1012cm^－2 have been carried out respectively. The color pictures and dark output images are captured, and the average brightness of dark output images is calculated. The anti-irradiation fluence thresholds for 9 and 12~MeV protons are about 4×10¹⁰ and 2×10¹² cm^－2, respectively. These can be explained by the change of the concentrations of irradiation-induced electron-hole pairs and vacancies in the various layers of CMOS image sensor calculated by the TRIM simulation program.     

A study of radiation effects of 9 and 12 MeV protons on Chinese CMOS image sensor degradation

The 9 and 12 MeV proton irradiations of the Chinese CMOS Image Sensor in the fluence range from 1×109to 4×1010 cm-2and 1×109 to 2×1012 cm-2 have been carried out respectively. The color pictures and dark output images are captured, and the average brightness of dark output images is calculated. The anti-irradiation fluence thresholds for 9 and 12 MeV protons are about 4×1010 and 2×1012 cm-2, respectively. These can be explained by the change of the concentrations of irradiation-induced electron-hole pairs and vacancies in the various layers of CMOS image sensor calculated by the TRIM simulation program.