[发明专利]一种基于CMOS图像传感器暗电流来定量质子位移损伤的方法

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位移损伤的方法，其特征在于，包括第一步，选取偶数只同晶圆批的CMOS图像传感器，分为两组，计算A组、B组暗电流初值的平均值；第二步，对A组CMOS图像传感器分别进行70MeV质子辐照试验；第三步，取A组中一只器件对其进行结构分析；第四步，采用粒子输运软件Geant4计算电离能损；第五步，对B组的CMOS图像传感器分别进行⁶⁰Co‑γ射线辐照试验；第六步，计算空间质子位移损伤△μ_i，△μ_i＝μ_Ai‑μ_Bi；第七步，拟合△μ_i‑F_i的变化曲线；第八步，得到定量的空间质子位移损伤。本发明消除电离损伤的影响、定量评价质子位移损伤，结合航天器轨道、倾角、发射年份预估器件抗质子位移损伤能力是否满足要求，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位移损伤的方法。

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。

元器件是单机的基础，在航天器元器件保证大纲中对元器件的抗辐射性能保证均有明确要求。试验是评价器件辐射损伤最直接的依据。由于成本、时间、难度以及不确定度的原因，使得在空间中试验可行度不高。由于模拟试验较难采用飞行方式进行，目前一般采用地面模拟试验方式进行。

随着军用航天器精细化定量设计要求的不断提升，抗辐射设计从定性到定量、从粗放到精准、从经验到科学方向发展，元器件辐射效应学科的研究深入以及国内对试验方法的正确性、试验实施操作的符合性、测量数据和试验结果的有效性有了更深认识，需要精确的知道器件抗电离总剂量能力、位移损伤能力和单粒子能力。仅仅给出元器件的质子辐照指标和数据，设计师无法进行精细化设计并给出准确的抗质子位移加固措施。电离总剂量效应及单粒子效应已建立了相应的地面模拟试验标准，但尚未建立质子位移损伤效应地面模拟试验标准，原因之一是质子是带电粒子，入射器件后同时产生电离总剂量效应和位移损伤效应，尚未建立有效的分离方法定量评价质子位移损伤效应对器件的影响。

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位移损伤的方法，其特征在于，包括下述步骤：

第一步，选取偶数只同晶圆批的CMOS图像传感器，分为数量相同的A组B组这两组，测试每只所述CMOS图像传感器暗电流值作为暗电流初值，并计算A组、B组暗电流初值的平均值，分别记为μ_A0、μ_B0，单位为e/s/pixel；

第二步，对A组CMOS图像传感器分别进行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_i(单位为p/cm²)时，停止辐照，取出3只CMOS图像传感器分别测试暗电流并计算平均值，记为μ_Ai，其中i＝1，2……m，m＝5，重复m次直至F_i达到预设累积注量F，停止质子辐照试验；

第三步，取A组中一只器件对其进行结构分析，获取器件工艺、版图结构信息；