CMOS APS圖像感測器輻照效應實驗及損傷機理研究

《CMOS APS圖像感測器輻照效應實驗及損傷機理研究》是依託西北核技術研究院，由王祖軍擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：CMOS APS圖像感測器輻照效應實驗及損傷機理研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：王祖軍
• 依託單位：西北核技術研究院

項目摘要

CMOS有源像素（APS）圖像感測器是近年來發展十分迅速的一種新型固態成像器件，在遙感成像、星敏感器和太陽敏感器等航天成像採集與處理方面具有獨特的優勢。CMOS APS圖像感測器在空間輻射或核輻射環境中套用時，輻射損傷會誘發暗信號增大，噪聲增大以及暗信號尖峰產生等現象，導致圖像質量降低，嚴重時甚至出現功能失效，對戰略武器生存和太空飛行器在軌正常運行和效能發揮構成嚴重威脅。國內相關研究開展的很少，隨著CMOS APS圖像感測器的廣泛套用，其輻照損傷效應和抗輻射加固技術亟待深入研究。本項目通過分別開展CMOS APS圖像感測器中子和γ輻照效應實驗，得到位移損傷和電離損傷效應實驗規律，結合輻射粒子輸運模擬計算和理論分析，弄清輻照損傷機理，闡述位移損傷誘發暗信號尖峰的產生機制及場增強效應的基本物理機制，將為CMOS APS圖像感測器輻照損傷評估和抗輻照加固技術研究提供理論基礎和實驗技術支持。

結題摘要

CMOS有源像素（APS）圖像感測器是近年來發展十分迅速的一種新型固態成像器件，在遙感成像、星敏感器和太陽敏感器等航天成像採集與處理方面具有獨特的優勢。CMOS APS圖像感測器在空間輻射或核輻射環境中套用時，輻射損傷會誘發暗信號增大，噪聲增大以及暗信號尖峰產生等現象，導致圖像質量降低，嚴重時甚至出現功能失效，對太空飛行器成像系統在軌正常運行和效能發揮構成嚴重威脅。輻射損傷已成為制約CMOS APS圖像感測器在軌實現長壽命、高可靠套用的關鍵技術瓶頸。國內相關研究開展的很少，隨著CMOS APS圖像感測器的廣泛套用，其輻照損傷效應和抗輻射加固技術亟待深入研究。本項目主要開展了如下研究工作：（1）建立了CMOS APS圖像感測器輻照效應參數測試系統，開展了輻射敏感參數測試方法研究；（2）開展了CMOS APS圖像感測器60Co γ總劑量輻照效應實驗研究；分析了60Co γ電離輻照損傷效應實驗規律；開展了CMOS APS圖像感測器電離輻照損傷機理研究；開展了CMOS APS圖像感測器中子位移輻照效應實驗研究；分析了中子位移輻照損傷效應實驗規律；開展了CMOS APS圖像感測器位移輻照損傷機理研究；（3）開展了中子位移損傷誘發CMOS APS圖像感測器暗信號尖峰的產生機理和場增強效應出現的物理機制研究；深入分析了CMOS APS圖像感測器輻照損傷物理機制研究。本項目研究獲得的CMOS APS圖像感測器60Co γ 射線總劑量輻照效應實驗數據和反應堆中子位移輻照效應實驗數據及由這些實驗數據得出的總劑量效應和位移效應實驗規律等重要結果，為國產CMOS APS圖像感測器抗輻射加固設計提供了理論指導和試驗支持，在國產CMOS APS圖像感測器抗輻射加固設計實踐中取得了良好的套用效果，研製的CMOS APS圖像感測器產品抗輻射能力顯著提高，有效提升了我國太空飛行器成像系統的在軌生存能力與效能發揮，具有重要的國防套用前景。本項目研究成果中的實驗方法和損傷機理為國產星用CMOS APS圖像感測器抗輻射性能試驗考核及加固提供了重要技術支撐。