PPD-CMOS图像传感器像素单元的总剂量效应仿真模拟研究.doc

PPDCMOS图像传感器像素单元的总剂量效应仿真模拟研究CMOS图像传感器作为航天器光学成像系统中的核心元器件,其在空间辐射环境中遭受到的总剂量辐照损伤问题备受关注,尤其是基于4晶体管钳位光电二极管(4T-PPD)CMOS图像传感器总剂量辐照诱发性能退化的问题。计算机仿真模拟是研究抗总剂量效应辐射加固技术的一种重要手段。它不仅能再现在总剂量辐照诱发电子元器件内部敏感参数的演变过程,而且能有效甄别总剂量辐照诱发性能退化的敏感区域,对深入研究总剂量辐照损伤的物理机制具有重要意义。本文根据我国4T-PPDCMOS图像传感器总剂量效应研究现状,开展了4T-PPDCMOS图像传感器像素单元的总剂量效应仿真模拟及60Coγ射线总剂量地面模拟辐照试验研究,分析了辐射敏感参数的退化规律,揭示了总剂量辐照损伤机理。本文主要内容如下:(1)基于4T-PPDCMOS图像传感器像素单元的实际几何结构、区域材料及掺杂等参数,利用TCAD软件构建了PPD像素单元模型,引入了光照模型、载流子迁移率模型、SRH复合模型、缺陷模型及γ射线辐射模型,实现了像素单元的动态转移过程、光电二极管的光电效应及基于正氧化物陷阱电荷的总剂量效应仿真模拟。(2)基于正氧化物陷阱电荷的总剂量效应模型,监测了PPD像素单元中正氧化物陷阱电荷的分布及变化情况,甄别了总剂量辐照诱发像素单元性能退化的敏感区域。依据暗场下像素单元输出电压与暗电流的转换关系,仿真模拟了暗场下像素单元输出电压随总剂量的退化规律,定性分析了暗电流的退化规律。通过开展60Coγ射线总剂量地面模拟辐照试验,验证了该模型中暗电流随总剂量的退化规律。(3)构建了基于电荷转移路径的势阱模型、势垒模型、势阱和势垒的混合模型,分析了总剂量效应诱发电荷转移路径的退化规律,研究了PPD像素单元中氧化层的电场强度分布、电势分布的变化规律,揭示了60Coγ射线辐照4T-PPDCMOS图像传感器诱发图像滞留退化的损伤规律,探索了总剂量效应诱发图像滞留的敏感区域及退化机理。