CMOS图像传感器(CIS)工作在空间辐射或核辐射环境中遭受的辐照损伤问题备受关注。对CIS辐照损伤效应进行仿真模拟研究有助于深入揭示辐照损伤机理, 进而开展抗辐射加固设计, 有效提升CIS抗辐照能力。文章通过梳理国内外开展CIS辐照损伤效应仿真模拟研究方面的进展情况, 结合课题组已开展的电子元器件辐照效应仿真模拟和实验研究基础, 从CIS器件建模、时序驱动电路建模、辐照损伤效应建模、仿真模拟结果校验等方面探讨了CIS辐照损伤效应的仿真模拟方法, 分析总结了当前CIS辐照效应仿真模拟研究中亟待解决的关键技术问题。

文章首先重点介绍了国内外开展GaInP/GaAs/Ge三结太阳电池的电子、质子及其他辐射粒子或射线辐照实验的研究进展，然后从辐照损伤效应的仿真模拟研究、抗辐射加固技术、损伤预估方法等方面综述了GaInP/GaAs/Ge三结太阳电池辐照损伤效应及加固技术的研究进展，最后梳理了当前GaInP/GaAs/Ge三结太阳电池辐照损伤效应研究中亟待解决的关键技术问题，为深入开展GaInP/GaAs/Ge三结太阳电池辐照损伤效应实验方法标准制定、损伤机理分析、在轨寿命预估及抗辐射加固技术研究提供了理论指导和实验技术支持。

半导体激光器(LD)工作在空间辐射或核辐射环境中时, 会受到辐照损伤的影响而导致器件性能退化。文章回顾了不同时期研制的LD(从早期的GaAs LD到量子阱LD和量子点LD)在辐照效应实验方面的研究进展, 梳理了国际上开展不同辐射粒子或射线(质子、中子、电子、伽马射线)诱发LD辐射敏感参数退化的实验规律, 分析总结了当前LD辐照效应实验方法研究中亟待解决的关键技术问题, 为今后深入开展LD的辐照效应实验方法、退化规律、损伤机理及抗辐射加固技术研究提供理论指导和实验技术支持。

为研究电荷耦合器件空间辐照效应、参数退化机理, 对国产64×64像元电荷耦合器件进行了中子辐照位移损伤效应研究。样品在中子辐照下, 暗信号、暗信号非均匀性和电荷转移效率等关键性能参数退化显著。研究结果表明: 暗信号的退化是由于中子辐照产生的体缺陷能级在耗尽层中充当复合-产生中心, 增大了热载流子的产生率所致, 而各像素单元暗信号退化的不一致性使暗信号非均匀性增大; 电荷转移效率显著减小则是由于中子辐照在转移沟道中产生的体缺陷不断捕获、发射电子所引起。在整个实验过程中, 饱和输出电压的退化可以忽略不计, 表现出较好的抗位移损伤能力。

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。

互补金属氧化物半导体(CMOS)有源像素(APS)图像传感器作为光电成像系统的核心器件, 被广泛应用在空间辐射或核辐射环境中, 辐照损伤是导致其性能退化, 甚至功能失效的主要原因之一。阐述了不同辐射粒子或射线辐照损伤诱发CMOS APS图像传感器产生位移效应、总剂量效应和单粒子效应的损伤物理机制。综述和分析了辐照损伤诱发CMOS APS图像传感器暗信号增大、量子效率减小、饱和输出电压减小、噪声增大以及暗信号尖峰和随机电码信号(RTS)产生的实验规律和损伤机理。归纳并提出了CMOS APS图像传感器辐照损伤效应研究亟待解决的问题。