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高总电离剂量水平下CMOS图像传感器技术的辐射硬度比较

DOI：10.1109/TNS.2018.2884037 期刊：IEEE Transactions on Nuclear Science 出版年份：2018 更新时间：2025-09-23 15:21:01
摘要： 研究了制造工艺对CMOS图像传感器在MGy级总电离剂量下辐射诱导退化效应的影响。此外，据我们所知首次评估了部分钉扎光电二极管在中高总电离剂量下的脆弱性。结果表明：3T标准部分钉扎光电二极管在辐照前具有最低暗电流，但在10kGy(SiO2)时其暗电流增至~1pA，超过10kGy(SiO2)后像素功能丧失。通过对比多种CIS技术发现，制造工艺会影响两种主要辐射诱导退化现象——读出链MOSFET的阈值电压漂移和暗电流增加。在所有测试技术中，1.8V MOSFET表现出更低的阈值电压漂移，N型MOSFET具有最佳抗辐射性。所有受测器件中，1.8V传感器实现了最优暗电流性能。为深入理解极端总电离剂量下CIS的抗辐射加固，我们在MGy量级评估了多种"设计即抗辐射"解决方案。
作者： S. Rizzolo，V. Goiffon，F. Corbière，R. Molina，A. Chabane，S. Girard，P. Paillet，P. Magnan，A. Boukenter，T. Allanche，C. Muller，C. Monsanglant-Louvet，M. Osmond，H. Desjonquères，J-R Macé，P. Burnichon，J-P Baudu，S. Plumeri
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研究概述 实验方案

研究目的

研究制造工艺对CMOS图像传感器在MGy级总电离剂量下辐射诱导退化效应的影响，并评估部分钉扎光电二极管在中高总电离剂量下的脆弱性。

研究成果

研究证实，制造工艺对CMOS图像传感器的抗辐射性能具有显著影响，其中1.8V MOSFET和N型MOSFET展现出最佳性能。部分钉扎光电二极管虽然在辐照前具有最低的暗电流，但在中等剂量下会出现显著退化。通过设计实现抗辐射的解决方案（特别是栅极重叠设计）为高总电离剂量应用提供了有前景的性能改进方案。

研究不足

本研究仅限于评估总电离剂量达1兆戈瑞（二氧化硅）的CMOS图像传感器。研究强调了制造工艺对辐射硬度的影响，但由于缺乏代工厂提供的详细工艺信息，不同工艺间辐射响应差异的确切原因尚未完全明确。

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