[发明专利]一种基于CMOS图像传感器暗电流来定量质子电离损伤的方法

说明书

本发明提供了一种基于CMOS图像传感器暗电流来定量质子电离损伤的方法，包括第一步，选取2只同晶圆批的CMOS图像传感器，分为A组、B组，第二步，对A组的CMOS图像传感器进行70MeV质子辐照试验；第三步，对A组CMOS图像传感器进行结构分析；第四步，采用粒子输运软件Geant4计算非电离能损，计算出位移损伤剂量；第五步，采用粒子输运软件Geant4计算非电离能损，根据位移损伤剂量计算出对应的中子注量F_ni；第六步，对B组的CMOS图像传感器进行反应堆中子辐照试验；第七步，计算空间质子电离损伤△μ_i，△μ_i＝μ_Ai‑μ_Bi；第八步，拟合△μ_i‑F_pi的变化曲线。本发明消除位移损伤的影响、定量评价质子电离损伤，精准预判器件在轨性能退化趋势，提前做好防护措施，对航天器在轨安全运行具有重要意义。

技术领域

本发明涉及空间辐射环境探测技术领域，特别是涉及基于CMOS图像传感器暗电流来定量质子电离损伤的方法。

背景技术

空间天然辐射环境主要指地球辐射带、太阳粒子事件及银河宇宙射线等，这些天然辐射环境中大部分为高能电子、质子和少部分氦到铀的各种重离子。由于空间辐射环境中带电粒子成分、能量和通量多样性，空间带电粒子与航天器上的电子元器件相互作用，产生各种辐射效应，引起电子元器件参数退化、功能突变等，从而影响航天器在轨正常工作甚至威胁其在轨安全。由于质子穿透力强、体积更大、数量多，其对电子元器件影响较大的空间辐射效应有：电离总剂量效应、位移损伤效应、单粒子效应等。其中电离总剂量效应和位移损伤效应统称为累积剂量效应，即辐射剂量对电子元器件和材料的损伤并非是瞬时产生的，而必须经过长时间的积累而逐渐加重。

质子辐照器件同时产生电离总剂量效应和位移损伤效应，不同的效应加固方式不同，为了定量区分两种效应对器件造成的影响，从而可以开展针对性的加固工作，需要定量的分离质子产生的电离损伤和位移损伤。

发明内容

为了解决质子在产生位移损伤的同时还伴随着电离损伤无法准确评估的问题，本发明提供了一种基于CMOS图像传感器暗电流来定量质子电离损伤的方法，其特征在于，包括下述步骤：

第一步，选取2只同晶圆批的CMOS图像传感器，分为A组、B组，测试每只CMOS图像传感器暗电流值作为暗电流初值，分别记为μ_A0、μ_B0，单位为e/s/pixel；

第二步，对A组的CMOS图像传感器进行70MeV质子辐照试验，辐照时器件加电方式与空间工作方式一致，当辐照注量累积到F_pi(单位为p/cm²)时，停止辐照，取出CMOS图像传感器测试暗电流值，记为μ_Ai，其中i＝1，2……m，m为大于等于2的整数，重复m次直至F_pi达到预设累积注量F，停止质子辐照试验；

第三步，对A组CMOS图像传感器进行结构分析，获取器件工艺、版图结构信息；

第四步，根据结构分析结果构建三维仿真模型，采用粒子输运软件Geant4计算注量为F_pi的70MeV质子入射器件后在CMOS图像传感器中沉积的非电离能损，并根据注量F_pi计算出位移损伤剂量，记为DD_i，单位为MeV/g；

第五步，采用粒子输运软件Geant4计算1MeV中子在CMOS图像传感器中沉积的非电离能损，根据位移损伤剂量DD_i计算出对应的中子注量F_ni；