为获得高增益的电子轰击型有源传感器（EBAPS），对EBAPS成像器件中电子倍增层的电荷收集效率的影响因素进行了研究。基于载流子输运理论，采用蒙特卡罗方法研究了钝化层种类、厚度、入射电子能量、P型基底厚度和掺杂浓度对二次电子分布及收集的影响。结果表明：为提高入射电子的入射深度进而提高电荷收集效率，宜采用密度小的SiO2作为钝化层；为了减少钝化层对倍增电子的复合进而提高电荷收集效率，宜降低钝化层厚度和提高入射电子能量；为了降低倍增电子扩散过程中载流子的复合进而提高电荷收集效率，宜降低P型基底的厚度和掺杂浓度。
材料 传感器 电子轰击有源像素传感器 均匀掺杂 电子倍增层 钝化层 电荷收集效率 中国激光
2023, 50(18): 1803001
1 南京理工大学电子工程与光电技术学院，江苏 南京 210094
2 微光夜视技术重点实验室，陕西 西安 710065
电子轰击有源像素传感器（EBAPS）是一种利用真空技术将光阴极、电子敏感有源像素传感器（APS）芯片和基座封装成的真空-固体混合型微光器件。积分灵敏度是EBAPS重要的性能参数之一，但国内目前还缺乏相应的测试手段。因此，基于EBAPS的工作原理和微光像增强器的光谱响应测试方法，用数字-电子转换因子和输出信号得到的电子数对光谱响应度进行表征，并设计了EBAPS的光谱响应测试系统。利用该系统获得了EBAPS器件在-800 V工作电压下的光谱响应曲线，器件的积分灵敏度为3.2×108（s·lm）-1，重复度为0.65%。
探测器 电子轰击 有源像素传感器 光谱响应 测试系统 电子数 激光与光电子学进展
2022, 59(13): 1304001
侯娅贤 1,2,3赵汝进 1,2,3马跃博 1,2,3何隆东 1,2,3朱自发 1,2,3
1 中国科学院光电技术研究所， 成都60209
2 中国科学院大学， 北京100049
3 中国科学院空间光电精密测量技术重点实验室， 成都610209
为了提高高动态环境下星敏感器的质心提取精度，提出了一种基于自适应滤波的在轨校正方法。该方法能够适应角速度变化的星敏感器，自适应的调整校正矩阵。使用提出的基于时空相关性的噪声估计滤波器跟随星点窗口实时更新校正矩阵，对星点准确校正。与传统地面校正方法相比，本文方法不仅减少了成本，且实时更新校正矩阵，校正更加可靠。通过实验验证了所提算法在高动态下对星敏感器校正的有效性，与现有只能低速星敏感器（≤0.1°/s）的在轨校正方法相比，本文方法能适应更大范围的角速度（0~3°/s），准确的校正高动态星敏感器，提高质心提取精度，对提高星敏感器的动态性能具有指导意义。
星敏感器 有源像素传感器 背景噪声 质心提取 高动态 Star sensor Active pixel sensor Background noise Centroid extraction High dynamic
1 南华大学资源环境与安全工程学院, 湖南 衡阳 421001
2 清华大学工程物理系, 北京 100084
3 中国工程物理研究院材料研究所, 四川 绵阳 621700
4 中国原子能科学研究院辐射安全研究所, 北京 102413
5 电子科技大学机械与电气工程学院, 四川 成都 611731
6 西北核技术研究所, 陕西 西安 710024
为了研究以CMOS有源像素传感器为感光元件的摄像机系统的辐射损伤模式及损伤表征,利用在线辐射实验的方法,结合辐射干扰噪声抑制算法,研究了彩色视频图像信息随辐射总剂量的变化情况,并讨论了不同辐射总剂量照射下硬件的辐射寿命,以及γ射线辐射对数字图像信息的影响。研究结果表明:摄像机的γ射线辐射损伤模式主要表现为透光率下降,传感器的暗电流增大、失真和损坏,以及主板的瞬时损坏;感光元件的辐射总剂量效应主要导致本底噪声的增大,且噪声主要集中在图像的暗部;暗电流导致图像灰条纹中平均像素值的增量远不及因镜头透光率下降而造成平均像素值的减小量;摄像机自带的曝光补偿功能在检测到视频图像亮度下降后会进行全局补偿处理,增大视频所有像元的像素值。该研究得到的视频图像信息随辐照总剂量变化规律可以作为一种以CMOS有源像素传感器为感光元件的摄像机辐射总剂量标定的一种方法,帮助判断此类摄像机的辐射损伤失效几率,提高视频监控系统在放射性环境中应用的可靠性。
光学器件 有源像素传感器摄像机 γ射线; 损伤模式 损伤表征 辐射寿命 光学学报
2020, 40(15): 1523002
1 中国科学院国家空间科学中心, 北京 100190
2 中国科学院大学, 北京 101400
3 中国电子科技集团公司第五十五研究所, 江苏南京 210016
极弱光成像或者单光子成像在夜视、侦查以及空间科学等诸多领域都有迫切的应用需求。电子轰击型有源像素传感器(Electron Bombarded Active Pixel Sensor, EBAPS)具有高灵敏、高分辨率、低噪声、小体积、低功耗的特性, 正成为新一代先进的极弱光成像传感器。针对自主开发 EBAPS的应用需求, 选取了国内生产的有源像素像传感器(Active Pixel Sensor, APS)进行了相机电路开发。并针对穿戴式的资源约束, 选用了小尺寸、低功耗的 FLASH型 FPGA为主控芯片, 完成了 APS相机电路的软硬件设计与开发。测试显示, 在视频工作情况下, 整机功耗 0.6 W, 电子学噪声 6.7 mV, 基本实现了微型低功耗的相机要求, 为穿戴式 EBAPS相机研制奠定了基础。
电子轰击型有源像素传感器 极弱光成像 低功耗 electron bombarded active pixel sensor, FLASH FPGA FLASH FPGA
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 乌鲁木齐 830011
2 新疆电子信息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
对不同偏置状态下的国产科学级0.18 μm工艺掩埋型4T-CMOS有源像素图像传感器进行钴-60γ射线辐照和退火实验, 研究总剂量效应对图像传感器的性能影响, 并观察是否存在总剂量偏置效应。着重分析暗电流、满阱容量等参数随累积剂量的变化规律。实验结果表明随着辐照总剂量累加, 暗电流前期缓慢增长, 之后退化明显加剧, 这主要是由于辐照致界面态和氧化物陷阱电荷密度增加。4T-CMOS图像传感器的暗电流主要由来源于STI界面, 而辐照导致耗尽区展宽与STI接触使得暗电流增长加剧, 同时, 辐照导致的耗尽区展宽也引起满阱容量的下降。并且在4T-CMOS图像传感器的实验中没有发现明显的总剂量偏置效应。
CMOS有源像素传感器 总剂量效应 暗电流 CMOS active pixel sensor total ionizing dose radiation effect dark current 红外与激光工程
2018, 47(10): 1017002
南华大学环境与安全工程学院, 湖南 衡阳 421001
分析了含有4个晶体管的钳位光电二极管有源像素传感器(4T-PPD-APS)的结构特点以及γ射线光子在像元内的能量沉积过程。通过建立传感器像元及像素阵列仿真计算模型,并结合γ射线辐射响应实验,对有源像素传感器(APS)在不同光子能量及不同放射性水平条件下的响应特性进行了研究。研究结果表明:γ光子在光电二极管空间电荷区内沉积能量并形成扩散光电流是APS发生光子响应现象的根本原因;像素值的平均值随剂量率的增大呈先增大后趋于饱和的趋势;当典型事件区域内出现多个峰值时,像素值的统计值不能准确反映辐射场放射性水平。
探测器 互补金属氧化物半导体有源像素传感器 光子辐射响应 钳位光电二极管
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
