1 中国科学院新疆理化技术研究所 特殊环境功能材料与器件重点实验室，新疆 乌鲁木齐 830011
2 中国科学院大学，北京 100049
3 北京理工大学 光电学院，北京 100081
为了探究850 nm高速垂直腔面发射激光器（Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser，VCSEL）在空间辐射环境中的退化规律与机制，开展了10 MeV质子和γ-射线辐照实验，获得了光功率和阈值电流退化规律，分析了辐射导致VCSEL参数退化的物理机理，此外，还开展了236 h的电注入退火研究。研究结果表明：VCSEL对γ射线导致的总剂量效应不敏感，且在一定剂量范围内光电特性由于沉积能量促进了量子阱界面附近的晶体有序而产生了一定程度的恢复：但是在质子辐照下，VCSEL的阈值电流和外量子效率发生了不同程度的退化，计算获得阈值电流损伤因子为1.468×10−15 cm2/p。经过20 mA注入增强退火后，阈值电流恢复了20%，25 mA注入电流下，光输出功率恢复了10%。阈值电流和外量子效率的退化归因于质子辐照引入的非辐射复合中心。这些实验结果为VCSEL及包含VCSEL的数据通信与仪器的系统在恶劣空间辐射环境下的应用提供支持。
VCSEL 辐射效应 位移损伤 退火 VCSEL radiation effects displacement damage annealing 红外与激光工程
2022, 51(5): 20210326
1 中国科学院新疆理化技术研究所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， 新疆 乌鲁木齐 830011
2 中国科学院大学， 北京 100049
对未掺杂的In0.22Ga0.78As/GaAs量子阱材料开展了能量为1 MeV、电子注量达1×1016 /cm2的电子束辐照实验。实验结果显示，电子束轰击量子阱材料，通过能量传递在材料中引入缺陷，导致光致发光减弱；电子束辐照后的量子阱中同时存在应力释放和原子互混现象，导致量子阱的发光峰先红移后蓝移；辐照后的量子阱发光波长取决于应变弛豫和扩散的共同作用。
材料 辐射 损伤 光致发光谱 量子阱
1 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， 中国科学院 新疆理化技术研究所， 新疆 乌鲁木齐 830011
2 中国科学院大学， 北京 100049
3 重庆光电技术研究所， 重庆 400060
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。
电子辐照 CMOS有源像素传感器 暗信号 electron irradiation CMOS active pixel sensor dark current
汪波 1,2,3,4,*李豫东 1,2,3郭旗 1,2,3文林 1,2,3,4[ ... ]玛丽娅 1,2,3,4
1 中国科学院 特殊环境功能材料与器件重点实验室， 乌鲁木齐 830011
2 新疆电子信息材料与器件重点实验室,乌鲁木齐 830011
3 中国科学院 新疆理化技术研究所,乌鲁木齐 830011
4 中国科学院大学， 北京 100049
为研究空间高能粒子位移损伤效应引起的星用CMOS图像传感器性能退化，对国产CMOS有源像素传感器进行了中子辐照试验，当辐射注量达到预定注量点时，采用离线的测试方法，定量测试了器件的暗信号、暗信号非均匀性、饱和输出电压、像素单元输出电压等参数的变化规律。通过对CMOS图像传感器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，深入研究了器件参数退化机理。试验结果表明，暗信号和暗信号非均匀性随着中子辐照注量的增大而显著增大，饱和输出电压基本保持不变。暗信号的退化是因为位移效应在体硅内引入大量体缺陷增加了耗尽区内热载流子产生率，暗信号非均匀性的退化主要来自于器件受中子辐照后在像素与像素之间产生了大量非均匀性的体缺陷能级。另外，还在样品芯片上引出了独立的像素单元测试管脚，测试了不同积分时间下像素单元输出信号。
CMOS有源像素传感器 中子辐照 像素单元 饱和输出电压 位移效应 CMOS active pixel sensor neutron irradiation pixel unit saturation output signal displacement damage effect 强激光与粒子束
2015, 27(9): 094001
1 中国科学院特殊环境功能材料与器件重点试验室, 新疆电子信息材料与器件重点试验室, 中国科学院 新疆理化技术研究所, 新疆 乌鲁木齐 830011
2 中国科学院大学, 北京 100049
3 重庆光电技术研究所, 重庆 400060
采用60Co-γ射线对某国产0.5 μm CMOS N阱工艺CMOS有源像素传感器(APS)的整体电路和像素单元结构进行了电离总剂量辐射效应研究, 重点考察了器件的饱和输出信号、像素单元输出信号、暗信号等参数的变化规律。随着辐射剂量的增大, 饱和输出信号逐渐减小且与像素单元饱和输出信号变化基本一致; 暗信号随总剂量的增大而显著增大。研究结果表明, 0.5 μm工艺CMOS APS电离总剂量辐射效应引起参数退化的主要原因是光敏二极管周围的整个LOCOS(Local oxidation of silicon)隔离氧化层产生了大量的辐射感生电荷。
电离总剂量辐射效应 CMOS 有源像素传感器 饱和输出信号 像素单元结构 LOCOS隔离 total ionizing dose CMOS APS saturation output signal pixel unit LOCOS isolation
1 中国科学院 新疆理化技术研究所, 新疆 乌鲁木齐 830011
2 中国科学院 特殊环境功能材料与器件重点实验室, 新疆 乌鲁木齐 830011
3 中国科学院大学, 北京 100049
4 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春 130033
研制了中荷耦合器件(CCD)与互补金属氧化物半导体有源像素图像传感器(CMOS APS)辐射效应测试系统,用于研究CCD、CMOS APS图像传感器的辐射效应并准确评估器件的空间辐射环境适应性。该系统采用光机电一体化结构设计, 包括光电响应性能检测、光谱检测、控制及数据处理3个分系统, 可对器件的光电响应性能、光谱特性进行全面的定量测试与分析。系统的光谱分辨率为1 nm, 工作波段为0.38~1.1 μm。目前, 该系统与新疆理化所现有的辐照装置结合, 构成了光电成像器件辐射效应模拟试验与抗辐射性能评估平台, 已为国产宇航CCD与CMOS APS图像传感器的研制、空间应用部门的成像器件选型工作提供了多次考核评估试验。应用情况表明, 该系统可定量检测与评价CCD、CMOS APS图像传感器的辐射效应与抗辐射性能, 为深入开展光电成像器件的辐射效应研究提供了完善的试验研究条件。
辐射效应 抗辐射性能 CCD CCD CMOS APS CMOS APS radiation effect anti-radiation performance 光学 精密工程
2013, 21(11): 2778
