电离辐照诱发面阵电荷耦合器暗信号增大试验

针对电荷耦合器件(CCD)在空间轨道环境中应用时易受到辐射损伤的影响,对面阵CCD的电离辐照损伤效应问题进行了试验研究。首先,通过开展面阵CCD60Coγ射线电离辐照效应试验,在暗场条件下测试了面阵CCD辐照后输出信号随积分时间的变化,并拟合计算出暗信号斜率。然后,对比分析了不同偏置条件下辐照后暗信号退化的试验规律;分析了不同偏置条件下辐照后暗信号的退火恢复情况;分析了不同积分时间、不同总剂量下的暗信号不均匀性的变化规律。最后,阐述了电离辐照损伤诱发面阵CCD暗信号增大的物理机制。结果表明:面阵CCD对电离辐照损伤很敏感,在进行航天器成像系统设计时,要充分考虑CCD受电离辐照损伤带来的影响。

一种栅控二极管结构的暗信号分析

采用了一种由P型衬底、N型沟道和P＋沟道截止组成的栅控二极管结构，并就影响该结构暗信号的载流子产生复合过程的相关因素进行了分析，讨论了温度、栽流子寿命和表面态密度等因素与暗信号的关系。经分析，可以通过降低功耗或采用制冷措施来改良器件。同时，如果用于制作的栅控二极管结构的材料，载流子寿命长，在一定程度上也可以降低栅控二极管结构的暗信号，提升栅控二极管的品质。

^(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.

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0.5μm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 Me V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.

质子辐照CCD诱发暗信号增大

质子辐照诱发电荷耦合器件(CCD)中的暗信号。建立了质子辐照电离损伤的辐射效应模型,通过应用半导体器件仿真软件MEDICI进行数值模拟计算,得出了质子辐照电离损伤诱发CCD表面暗信号随辐照注量增大的变化规律;建立了质子辐照位移损伤的辐射效应模型,数值模拟计算了质子辐照位移损伤诱发体缺陷导致CCD体暗信号增大的变化规律。综合比较了质子辐照损伤诱发增大的CCD表面暗信号、体暗信号和总的暗信号随质子辐照注量的变化规律。数值模拟计算结果与国外相关实验得出的规律相吻合。

CCD相机系统中的高信噪比多通道信号处理设计

简要介绍了高速CCD相机中的电子学系统及CCD信号的处理流程。根据相机多路CCD信号同步处理的要求,设计了一个信号处理单元并行处理24路像元速率为4MHz的CCD信号。CCD信号处理主要关注在提高相机成像信噪比、暗电平箝位及多路信号一致性调整3个方面,文章针对上述问题进行了分析,提出了解决方案。最后,给出了相机系统的测试结果。

TCD132D线阵CCD总剂量效应的实验分析

研究了60Coγ辐照TCD132D线阵CCD的总剂量效应实验结果;分析了CCD受总剂量效应影响后暗信号和饱和输出电压的典型波形;得出了CCD分别在不加偏置电压、加偏置电压加驱动信号和加偏置电压不加驱动信号三种工作状态下,受60Coγ辐照后暗信号电压和饱和输出电压随总剂量累积的变化规律,并进行了损伤机理分析。

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。

电荷耦合器件中子辐照诱发的位移效应

为研究电荷耦合器件空间辐照效应、参数退化机理,对国产64×64像元电荷耦合器件进行了中子辐照位移损伤效应研究。样品在中子辐照下,暗信号、暗信号非均匀性和电荷转移效率等关键性能参数退化显著。研究结果表明:暗信号的退化是由于中子辐照产生的体缺陷能级在耗尽层中充当复合-产生中心,增大了热载流子的产生率所致,而各像素单元暗信号退化的不一致性使暗信号非均匀性增大;电荷转移效率显著减小则是由于中子辐照在转移沟道中产生的体缺陷不断捕获、发射电子所引起。在整个实验过程中,饱和输出电压的退化可以忽略不计,表现出较好的抗位移损伤能力。

离线式电离辐照面阵CCD测试系统

研究CCD受到射线辐照后的电离辐照效应或者损伤机制,对于在辐射场环境下如何正确应用CCD开展科学研究具有重要的意义。针对面阵CCD的辐照损伤效应的测试方法的要求,选用ICX285面阵CCD作为实验样品,结合辐照板离线和参数测试装置研制了离线式的测试系统,并且针对辐照实验的测试要求,设计了积分时间可调和过扫描设计两种功能,以获取CCD的暗信号和转移效率的变化。在60Co-γ射线源上,运用该系统开展了电离辐照效应实验,获得了受到射线辐照后面阵CCD暗信号的变化规律。

双反转恢复序列对急性缺血性脑卒中患者脑白质高信号病灶的探测价值研究

目的评价双反转恢复(DIR)序列对急性缺血性脑卒中患者脑白质高信号(WMH)的检测效果,并与T2WI、液体衰减反转恢复(FLAIR)序列进行对比。方法选择首都医科大学附属北京世纪坛医院神经内科自2018年11月至2021年3月收治的发病14 d内且存在WMH的73例急性缺血性脑卒中患者,采用MRI T2WI、FLAIR及DIR序列分别检测WMH。根据Fazekas量表评分将存在侧脑室旁白质高信号(PVWMH)及深部白质高信号(DWMH)患者分别分为轻度组(0~1分)及中重度组(≥2分)。比较T2WI、FLAIR及DIR序列检测的WMH体积,孤立病灶的信号强度、截面积、对比度的差异。结果 (1)73例患者检出PVWMH,其中轻度组36例,中重度组37例。在中重度组患者中,与DIR序列比较,FLAIR序列检测的PVWMH体积较大,差异有统计学意义(P<0.05);与FLAIR序列比较,T2WI序列检测的PVWMH体积较小,差异有统计学意义(P<0.05)。57例患者检出DWMH,其中轻度组44例,中重度组13例。无论是轻度组还是中重度组患者,与DIR序列比较,FLAIR、T2WI序列检测的DWMH体积较大,差异均有统计学意义(P<0.05)。(2)共检出孤立病灶60个,长径5.0~9.1 mm。与DIR序列比较,FLAIR、T2WI序列检测孤立病灶的截面积较大、信号强度较高、对比度较低,差异均有统计学意义(P<0.05)。与FLAIR序列比较,T2WI序列检测孤立病灶的信号强度、对比度较高,差异均有统计学意义(P<0.05)。结论 DIR序列探测WMH效果优于FLAIR和T2WI序列。DIR序列与FLAIR、T2WI序列WMH不匹配区域提示可能存在WMH半暗带。

CMOS APS质子辐照效应实验

利用西安200 MeV质子应用装置进行了互补金属氧化物半导体有源像素图像传感器(CMOS APS)的质子辐照效应研究。设计了便携式暗室,解决了图像传感器质子辐照效应难以在线测量问题。实验结果表明,质子辐照在CMOS APS中产生的暗电流随质子注量呈线性增长;当质子注量小于5×10^(12)cm^(-2)时,CMOS APS暗信号的非均匀性、光响应的非均匀性和不同光场强度下的平均输出值等参数的变化趋势不明显;当质子注量大于5×10^(12)cm^(-2)时,这些参数会产生不同程度的增加。

CMOS图像传感器在质子辐照下热像素的产生和变化规律

应用于空间的图像传感器在辐射影响下产生的热像素严重影响空间光电探测性能,本文通过质子辐照试验研究了热像素的产生和变化规律。首先,使用3MeV和10MeV两种能量的质子对图像传感器进行辐照,分析不同能量、不同注量的质子辐照产生热像素的性质;其次,再对辐照后的器件进行退火试验,分析热像素的退火规律。对于相同注量辐照,3MeV质子辐照下热像素产生率大约是10MeV质子辐照下的2.3倍,但是10MeV质子辐照产生热像素的灰度值高于3MeV质子;辐照过程中热像素的数量都是随着注量的增加线性增加。退火过程中,热像素数量都不断减少,而3MeV质子辐照产生的热像素相比于10MeV质子,退火更为显著。结果表明,质子辐照下每个质子与器件之间的作用过程及产生缺陷的机制是相对独立的,不同质子的作用过程之间没有相关性。不同能量的质子辐照产生缺陷的类型不同,导致热像素具有不同特性。

电子辐照导致CMOS图像传感器性能退化

对国产科学级4T-CMOS图像传感器进行电子辐照实验,考察了暗电流、饱和输出灰度值、暗信号非均匀性等参数,分析了器件的电子辐照效应损伤机理。实验结果显示,随着辐照总吸收剂量的增加,器件的饱和输出灰度值下降,并且暗电流显著增加。分析认为,器件的饱和输出灰度值退化机制与电离总剂量效应引起的退化物理机理一致,辐照使转移栅沟道电势势垒下降是饱和输出灰度值下降的主要原因,而暗电流的增长主要由浅槽隔离界面缺陷和体缺陷造成。10MeV电子辐照后暗电流退化表现出一定的偏置效应,这是由10 MeV电子辐照引起的位移损伤所致。

产生暗归零码光标记信号的新方案

在对预编码、调制和编码过程进行改进的基础上,提出了一种利用一个双臂马赫-曾德尔铌酸锂调制器和一个电信号时延器产生可调占空比和消光比的光暗脉冲归零码二进制信号的新方案。实验证明这种信号能用传统的二进制强度调制-直接检测系统的接收机进行检测。实验得到了在调节电信号时延器时速率为2.5 Gbit/s的光暗脉冲归零码二进制信号的频谱变化规律,以及占空比分别为0.25,0.35,0.60和0.80时光暗脉冲归零码二进制信号的误码率和眼图。此外,利用该方案产生的光暗脉冲归零码二进制信号可以作为标记在光标记交换网络中得到应用。

电荷耦合器件的γ辐照剂量率效应研究

对电荷耦合器件进行了不同剂量率的γ辐照实验,通过多种参数的测试探讨了剂量率与电荷耦合器件性能退化的关系,并对损伤的物理机理进行分析。辐照和退火结果表明:暗信号和暗信号非均匀性是γ辐照的敏感参数,电荷转移效率和饱和输出电压随剂量累积有缓慢下降的趋势;暗场像素灰度值整体抬升,像元之间的差异显著增加;电荷耦合器件的暗信号增量与剂量率呈负相关性,器件存在潜在的低剂量率损伤增强效应。分析认为,剂量率效应是由界面态和氧化物陷阱电荷竞争导致的。通过电子-空穴对复合模型、质子输运模型和界面态形成对机理进行了解释。

CMOS图像传感器中子位移辐照损伤效应仿真模拟研究

以180 nm工艺钳位光电二极管(PPD)像素结构的互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器(CIS)为研究对象,通过开展CIS像素单元的器件物理建模、中子辐照损伤效应建模,分别仿真模拟了不同中子辐照注量、不同积分时间、不同缺陷类型条件下,中子位移辐照损伤诱发CIS暗信号和电荷转移损失(CTI)的退化规律。仿真模拟结果表明:暗信号和CTI均随中子辐照注量增大而增大,在达到饱和阈值之前,均呈近似线性关系;在相同的中子辐照注量下,积分时间越长,暗信号越大,CTI越小;多空位中心(E_(c)-0.46 eV)、双空位中心(E_(c)-0.42eV)、C_(i)-O_(i)中心(E_(V)+0.36 eV)3种不同体缺陷对暗信号和CTI退化的影响程度不同,E_(c)-0.46 eV是诱发暗信号和CTI退化的主要因素。仿真模拟的变化趋势与辐照实验测试的变化趋势相吻合。该仿真模拟研究为深入揭示CIS中子位移辐照损伤效应机理及抗辐射加固技术研究提供了理论依据。

Novel transmitter of dark RZ signal based on external modulator

A novel transmitter to generate a dark RZ signal with tunable duty cycle and extinction ratio is proposed, by modifying the process of precoding, modulating and coding. A dark RZ signal is generated simply by using one dual-arm Mach-Zehnder LiNbO3 modulator. We demonstrate experimentally that this optical dark RZ signal can be directly measured by a conven- tional binary intensity modulation direct detection (IM-DD) receiver. When different values of duty cycles at 2.5 Gbit/s are adjusted, the experimental results show different BER curves and eye diagrams of the optical dark RZ signal.

不同偏置条件下CMOS图像传感器质子辐照损伤效应的实验与分析

应用在空间辐射环境下的互补金属氧化物半导体图像传感器(CIS)会受到高能质子辐照损伤,导致性能退化,严重时甚至功能失效。为了分析CIS高能质子辐照损伤机理,本文以0.18μm工艺CIS为研究对象,利用西安200 MeV质子应用装置开展了注量分别为1×10^(10)、5×10^(10)、1×10^(11)p/cm^(2)的100 MeV质子辐照实验。获得了单粒子瞬态响应的典型特征和暗信号、暗信号分布、暗信号尖峰及随机电码信号(RTS)等敏感参数的退化规律,揭示了不同偏置条件和不同注量下CIS高能质子辐照损伤的物理机制。实验结果表明:对暗信号而言,加偏置条件比未加偏置条件变化显著;质子辐照诱发的位移损伤和电离损伤引起暗信号的增大;位移损伤诱发的体缺陷诱发暗信号尖峰的产生,且随着辐照注量的增大而增多;空间电荷区中不同类型的体缺陷导致两能级和多能级RTS的产生。

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1×10^(10)cm^(-2)、5×10^(10)cm^(-2)和1×10^(11)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。