CMOS图像传感器单粒子效应及加固技术研究进展

互补金属氧化物半导体(Complementary Metal Oxide Semiconductor,CMOS)图像传感器(CMOS Image Sensor,CIS)在空间应用时会受到单个粒子辐照影响,这通常会导致CIS采集图像出现异常,严重时会导致器件功能失效。本文从不同粒子的角度:重离子、质子、电子和中子,从CIS容易发生的单粒子效应类型:单粒子瞬态(Single Event Transient,SET)、单粒子翻转(Single Event Upset,SEU)、单粒子闩锁(Single Event Latchup,SEL)、单粒子功能中断(Single Event Functional Interrupt,SEFI)等方面综述了CIS单粒子效应研究进展。简要介绍了CIS单粒子效应加固技术研究进展。分析总结了目前CIS单粒子效应及加固技术中亟待解决的问题,为今后深入开展相关研究提供理论参考。     

γ辐照导致中波碲镉汞光伏器件暗电流退化的机理研究

针对红外探测器在空间应用中受到高能粒子辐照后暗电流退化的问题,开展射线对中波碲镉汞（HgCdTe）光伏器件暗电流影响的研究。在室温和77 K温度下,利用60Co-射线对HgCdTe器件进行辐照试验,辐照试验结束后对低温辐照器件进行77 K低温退火和室温退火。通过比较辐照前后和退火后器件的I-V特性、R-V特性和零偏动态电阻R0参数,分析了辐照对HgCdTe器件暗电流的影响机制。试验结果表明:在总剂量为7 Mrad（Si）照条件下,器件暗电流未出现明显的退化;在77 K温度辐照条件下,器件暗电流随着总剂量的增加而增加,且暗电流退化幅度与辐照过程中的偏置有关。研究表明暗电流的退化源于辐照在器件中造成电离损伤,导致器件HgCdTe化层中的界面态和空穴陷阱电荷密度增加。     

内辐射带质子和电子被动屏蔽

高能量/高通量的质子和电子环境对穿越地球内辐射带的椭圆轨道卫星造成超高剂量的累积辐射效应。代替传统单质铝屏蔽防护措施，提出一种用于屏蔽空间质子和电子的复合材料屏蔽结构。采用多层屏蔽程序(Multi-Layered Shielding Simulation Software,MULASSIS)对穿越内辐射带的卫星轨道质子和电子与4种屏蔽材料(聚乙烯、聚丙烯、钽、铝)相互作用进行仿真计算，比较分析屏蔽后的总剂量、位移剂量随4种屏蔽材料面密度变化规律。结果表明：相同面密度下4种不同材料轨道粒子综合屏蔽效能从大到小分别是：聚丙烯、聚乙烯、铝、钽，其中聚丙烯和聚乙烯对质子和电子的屏蔽效果几乎相同。综合考虑4种材料的质子和电子屏蔽效果及机械性能，设计采用聚乙烯/铝复合屏蔽结构。为保障穿越内辐射带的卫星在轨可靠运行，要求总剂量和位移剂量屏蔽防护目标分别为：50 krad(Si)、2×10¹⁰ p·cm^-2(等效10 MeV质子)。仿真验证结果表明，实现上述卫星抗辐射防护指标条件下，聚乙烯/铝复合结构比单质铝结构节省了至少约27.8%屏蔽质量。     

PE/CNT复合材料对空间质子的屏蔽效能仿真分析

随着遥感卫星对观测精度需求的增长，国内外积极探索新型高效质子防护材料。为研究聚乙烯掺杂碳纳米管屏蔽质子效能，本文利用Geant4软件开展质子屏蔽仿真，探究碳纳米管掺杂浓度、管壁直径、排布方式和管壁层数对复合材料质子屏蔽效能的影响规律，并与纯聚乙烯进行对比分析。结果表明，质子屏蔽效能对掺杂浓度、管壁直径和排布方式较敏感，受管壁层数影响相对较小；在高掺杂浓度、大管壁直径和规则排布的情况下，复合材料表现出更优异的质子屏蔽效能；相同质量厚度下，碳纳米管掺杂浓度为10%和20%的复合材料质子屏蔽后的电离剂量分别比纯聚乙烯最大降低了7.40%和12.83%。本文研究结果为辐射防护材料设计提供了数据支撑。