1 中国科学院上海技术物理研究所,上海 200083
2 中国科学院大学,北京 100049
空间天文探测常使用电荷耦合器件（CCD）作为主要探测器，但极端辐射环境会对CCD性能造成影响，进而影响数据获取。为了深入了解此机制对数据获取的影响，文章基于SRH（Schokley-Read-Hall）理论，分别讨论转移过程中缺陷对电荷捕获以及释放作用，并在CCD电极层面基础上建立转移模型，仿真不同情况下缺陷运行原理。使用此模型模拟仿真STP（Single Trap Pumping）时序，分别讨论实际使用过程中时序对数据获取的影响，以及从STP时序数据中提取相关参数的办法，并讨论各参数间的关系。该模型对于理解辐射缺陷对CCD数据转移的影响，仿真STP时序，以及在实际应用中利用STP时序获取CCD缺陷参数有辅助作用。
电荷转移效率 SRH理论 转移模型 CCD CCD CTE STP STP SRH theory transfer model
光子学报
2022, 51(11): 1104002
1 中国科学院合肥物质科学研究院安徽光学精密机械研究所, 安徽 合肥 230031
2 中国科学技术大学, 安徽 合肥 230026
3 中国科学院通用光学定标与表征技术重点实验室, 安徽 合肥 230031
调焦调平系统主要通过光学三角法的测量原理来实现,线阵电荷耦合器件(CCD)具有高帧频和高分辨率等特点,适用于高速且高精度检测的三角法测量。某调焦调平项目要求线阵CCD具有2048个有效像元,5 kHz的行读出频率,为此提出对最大额定读出频率为10 MHz的S11156-2048型线阵探测器进行12.5 MHz超频读出的驱动设计,以满足系统行读出频率的要求。首先从理论上验证超频读出的可行性,然后在电源、时序驱动和模拟前端的设计上展开细致研究,最后使用积分球光源在6.0 MHz的额定频率读出和12.5 MHz的超频读出下对线阵CCD成像系统的光电性能进行对比测试。实验结果表明,S11156-2048型探测器采用12.5 MHz的超频读出设计光电性能没有明显下降,信噪比为54.22 dB,电荷转移效率为0.999974,满足调焦调平系统的成像性能要求。
光学设计 调焦调平 线阵CCD 超频读出 电荷转移效率 信噪比 光学学报
2021, 41(18): 1822001
随着航天遥感领域超高分辨率成像电子学中行频的不断提升，一个积分时间内光生电荷数量逐渐减少，弱光成像能力有所下降，电子学中需要采用增大时间延迟积分级数的方法弥补能量的不足。传统数字域累加探测器有着引入过多噪声与帧频受限的多项弊端，而电荷域探测器的超大级数累加会带来电荷转移效率的下降和图像的混叠。基于此，文章在采用低功耗、高集成度TDICMOS基础上，提出了一种基于电荷域和数字域混合的新型累加方式，并对影响弱光成像像质水平的主要指标进行分析。随后针对混合域累加方式下多感光单元间的像质退化，提出一种基于图像配准的成像时刻校准方法，通过多片感光单元间隔测量和成像时刻时序微调有效改善了大积分级数电荷运动与景物运动的失配程度。最后通过滚筒测试验证了成像时刻校准方法的有效性，通过性能测试验证了混合域成像在弱光照下探测能力的提升。结果表明，文中所提方法有效地解决了TDI型探测器的主要瓶颈，为超高分辨率遥感相机提供了有效的解决方案。
行频 时间延迟积分级数 电荷转移效率 成像时刻 line frequency TDI stage charge transfer efficiency imaging time 红外与激光工程
2021, 50(2): 20200308
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
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。
电荷耦合器件 中子辐照 位移效应 电荷转移效率 暗信号 charge coupled devices neutron irradiation displacement damage effect charge transfer efficiency dark signal
介绍了抗辐射加固设计使用的总剂量辐照效应模型, 研究了它在时间延迟积分电荷耦合器件(TDI-CCD)电荷转移效率参数衰减中的应用, 并通过不同剂量60Co γ辐照试验, 验证了该模型在TDI-CCD器件抗辐射加固设计中的应用价值。
TDI-CCD器件 总剂量辐照效应模型 缺陷 电荷转移效率 TDI-CCD total dose effect model defects charge transfer efficiency
中国科学院安徽光学精密机械研究所 中国科学院通用光学定标与表征技术重点实验室, 安徽 合肥 230031
基于帧转移型面阵CCD的成像原理,探讨了光电转换、电荷转移和电荷检测三个成像阶段存在的一些关键性问题,如像元 响应的不一致性、相机抖动、电荷转移效率、帧转移模糊等,建立了相应的数学模型,并利用VC++6.0开发平 台搭建了一整套CCD成像仿真系统。最后利用实验的方法,通过改变转移效率、曝光时间等CCD成像参数,分析 比较了仿真结果。实验表明,该数学模型与面阵CCD器件成像过程较为吻合,仿真系统准确度较高。
面阵CCD 成像仿真系统 电荷转移效率 帧转移模糊 array CCD imaging simulation system charge transfer efficiency frame transfer smear
中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春130033
针对Kodak公司的商用CCD探测器KLI-2113进行了总剂量为30 krad(Si)的60Co-γ辐射试验。对比辐射前后CCD的主要参数变化, 分析了总剂量辐射对CCD工作性能的影响, 并研究了总剂量辐射导致CCD暗电流增大、电荷转移效率降低以及图像噪声增加等现象的内在机理, 为后续CCD抗总剂量辐射加固提供依据和参考。
电荷耦合器件 总剂量辐射 暗电流 电荷转移效率 损伤机理 CCD total dose radiation dark current charge transfer efficiency damage mechanism
1 空军工程大学 电讯工程学院， 西安 710077
2 中国空间技术研究院 西安分院， 西安 710000
3 空军第二飞行学院， 西安 710306
电荷耦合器件（CCD）是卫星光通信系统中光信标子系统的关键部件，它的工作性能直接影响着光通信系统的整体性能。在三种典型的缺陷能级下确定了影响电荷转移效率（CTE）性能的俘获时间常数和发射时间常数，得到了电荷转移失效CTI随温度、缺陷能级、读出频率、粒子辐照注量以及信号电荷密度的变化关系，为后续开展卫星光通信系统的空间辐射特性研究奠定了理论基础。
空间辐射 电荷转移效率 体缺陷 CCD CCD space radiation charge transfer efficiency bulk trap
1 空军工程大学 电讯工程学院, 陕西 西安 710077
2 中国空间技术研究院西安分院, 陕西 西安 710077
3 空军第二飞行学院, 陕西 西安 710306
为了提高卫星光通信系统中电荷耦合器件(CCD)空间抗辐射性能，分析了空间辐射环境对CCD器件造成的电离辐射效应和位移辐射效应。通过理论分析和数值模拟计算研究了不同辐射源、不同沟道类型以及不同偏置状态对CCD电荷转移效率(CTE)的影响，结果表明，空间辐射主要在暗电流密度和电荷转移效率两方面影响CCD器件的工作性能。卫星光通信系统中的CCD器件应该选择P沟道CCD，并且在系统不工作时尽量使其处于非偏置状态。
电离辐射效应 位移辐射效应 电荷转移效率 暗电流 CCD CCD ionization damage displacement damage charge transfer efficiency dark current
