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质子辐照导致科学级电荷耦合器件电离效应和位移效应分析

文林 李豫东 郭旗 任迪远 汪波 玛丽娅

质子辐照导致科学级电荷耦合器件电离效应和位移效应分析

文林, 李豫东, 郭旗, 任迪远, 汪波, 玛丽娅
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  • 针对卫星轨道上的空间环境辐射引起电子元器件参数退化问题, 为了研究光电器件空间辐射效应、损伤机理以及参数退化规律, 对某国产埋沟科学级电荷耦合器件(charge-coupled devices, CCD)进行了10 MeV质子辐照试验、退火试验及辐射效应理论模型研究. 试验过程中重点考察了器件的暗信号和电荷转移效率特性的变化. 试验结果表明, 器件的主要性能参数随着质子辐照注量的增大明显退化, 在退火过程中这些参数均有不同程度的恢复. 通过对CCD敏感参数退化规律及其与器件工艺、结构的相关性进行分析, 并根据半导体器件辐射效应理论, 推导了器件敏感参数随质子辐照注量变化的理论模型, 得到了暗信号及电荷转移效率随辐照注量退化的半经验公式. 上述工作可为深入开展CCD抗辐射性能预测、抗辐射工艺改进与结构优化提供重要参考.
    • 基金项目: 国家自然科学基金(批准号: 11005152)资助的课题.
    [1]

    Chugg A M, Jones R, Moutrie M J, Truscott P R 2004 IEEE Trans. Nucl. Sci. 51 3579

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    Meidinger N, Struder L, Holl P, Soltau H, Zanthier C V 1996 Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. A 377 298

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    Bebek C J, Groom D E, Holland S E, Karcher A, Kolbe W F, Palaio N P, Turko B T, Wang G 2004 Astropartical, Partical and Space Physics, Detectors and Medical Physics Applications 608B

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    Jin J, Wang X Q, Lin S, Song N F 2012 Chin. Phys. B 21 094220

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    Liu C M, Li X J, Geng H B, Rui E M, Guo L X, Yang J Q 2012 Chin. Phys. B 21 104211

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    Hopkinson G R, Dale C J, Marshall P W 1996 IEEE Trans. Nucl. Sci. 43 614

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    Wang Z J, Liu Y N, Chen W, Tang B Q, Xiao Z G, Liu M B, Huang S Y, Zhang Y 2010 J. Tsinghua Univ. (Science and Technology) 50 1484 (in Chinese) [王祖军, 刘以农, 陈伟, 唐本奇, 肖志刚, 刘敏波, 黄绍艳, 张勇 2010 清华大学学报 (自然科学版) 50 1484]

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    Schrimpf R D, Fleedwood D M 2004 Radiation Effects and Soft Errors in Integrated Circuits and Electronic Devices (Singapore: World Scientific Publishing Co. Pte. Ltd.) pp135-144

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    Hopkinson G R, Mohammadzadeh 2004 Int. J. High Speed Electron. Syst. 14 419

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    Bi J S, Han Z S, Zhang E X, McCurdy M, Reed R A, Schrimpf R D, Fleetwood D M, Alles M L, Weller R A, Linten D, Jurczak M, Fantini A 2013 IEEE Tran. Electron Dev. 60 4540

    [18]

    Greenlee J D, Shank J C, Compagnoni J L, Tellekamp M B, Zhang E X, Bi J S, Fleetwood D M, Alles M L, Schrimpf R D, Doolittle W A 1974 IEEE Tran. Electron Dev. 60 4555

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出版历程
  • 收稿日期:  2014-06-26
  • 修回日期:  2014-07-25
  • 刊出日期:  2015-01-05

质子辐照导致科学级电荷耦合器件电离效应和位移效应分析

  • 1. 中国科学院新疆理化技术研究所, 中国科学院特殊环境功能材料与器件重点实验室, 新疆电子信息材料与器件重点实验室, 乌鲁木齐 830011;
  • 2. 中国科学院大学, 北京 100049
    基金项目: 

    国家自然科学基金(批准号: 11005152)资助的课题.

摘要: 针对卫星轨道上的空间环境辐射引起电子元器件参数退化问题, 为了研究光电器件空间辐射效应、损伤机理以及参数退化规律, 对某国产埋沟科学级电荷耦合器件(charge-coupled devices, CCD)进行了10 MeV质子辐照试验、退火试验及辐射效应理论模型研究. 试验过程中重点考察了器件的暗信号和电荷转移效率特性的变化. 试验结果表明, 器件的主要性能参数随着质子辐照注量的增大明显退化, 在退火过程中这些参数均有不同程度的恢复. 通过对CCD敏感参数退化规律及其与器件工艺、结构的相关性进行分析, 并根据半导体器件辐射效应理论, 推导了器件敏感参数随质子辐照注量变化的理论模型, 得到了暗信号及电荷转移效率随辐照注量退化的半经验公式. 上述工作可为深入开展CCD抗辐射性能预测、抗辐射工艺改进与结构优化提供重要参考.

English Abstract

参考文献 (18)

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