CMOS圖像傳感器因其低成本、低功耗和良好的抗干擾性能,被廣泛地應(yīng)用于各種領(lǐng)域,特別在空間探測(cè)、遙感成像以及星敏感器等空間應(yīng)用領(lǐng)域具有極其重要的研究?jī)r(jià)值。作為圖像傳感器中關(guān)鍵的一環(huán),讀出電路對(duì)太空環(huán)境中的輻射效應(yīng)非常敏感。作為太空輻射效應(yīng)之一,單粒子效應(yīng)對(duì)讀出電路中的數(shù)字部分和模擬部分都有影響。單粒子效應(yīng)在數(shù)字電路中主要表現(xiàn)形式是單粒子翻轉(zhuǎn),在模擬電路中不僅會(huì)在浮空節(jié)點(diǎn)引入失恒的電荷還會(huì)使模擬信號(hào)發(fā)生瞬態(tài)擾動(dòng),從而影響讀出結(jié)果。本文主要研究CMOS圖像傳感器讀出電路中的單粒子效應(yīng)。本文首先研究了單粒子效應(yīng)對(duì)CMOS圖像傳感器讀出電路的影響,并利用TCAD-SPICE混合仿真校準(zhǔn)了雙指數(shù)脈沖電流源模型參數(shù),然后基于雙指數(shù)脈沖電流源詳細(xì)地研究了單粒子效應(yīng)對(duì)數(shù)字可編程增益放大器和逐次逼近型（Successive Approximation Register,SAR）模數(shù)轉(zhuǎn)換器（Analog-to-Digital Converter,ADC）中敏感節(jié)點(diǎn)的影響。對(duì)于可編程增益放大器,采用雙路徑加固的方法能有效降低單粒子在運(yùn)放輸入端浮空節(jié)點(diǎn)的影響。針對(duì)SAR ADC,設(shè)計(jì)了一種帶有復(fù)位功能和置位功... 

【文章來源】：天津大學(xué)天津市 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁(yè)數(shù)】：80 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

空間輻射環(huán)境

第1章緒論3內(nèi)部漏電、閾值電壓漂移以及溝道載流子遷移率變小等現(xiàn)象[8]。TID效應(yīng)通常會(huì)使CMOS圖像傳感器成像質(zhì)量變差[11]，如圖1-2(b)所示。(a)單粒子效應(yīng)(b)總劑量效應(yīng)圖1-2輻射效應(yīng)對(duì)圖像傳感器的影響1.2抗輻照CMOS圖像傳感器及讀出電路國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀自20世紀(jì)60年代開始，各國(guó)研究人員就開始對(duì)CMOS集成電路的輻射效應(yīng)和抗輻照加固技術(shù)展開研究[8]，發(fā)展至今日，抗輻照加固技術(shù)在集成電路的制造工藝、電路設(shè)計(jì)以及版圖設(shè)計(jì)等領(lǐng)域都有很大的發(fā)展�？馆椪展に囃ǔ＿x擇對(duì)重粒子不敏感的材料。2005年，香港科技大學(xué)的學(xué)者報(bào)道了一種基于藍(lán)寶石硅片（Silicon-on-Sapphire,SOS）的背照式CMOS圖像傳感器像素[12]。2007年，韓國(guó)慶北國(guó)立大學(xué)和日本豐橋技術(shù)大學(xué)的學(xué)者聯(lián)合報(bào)道了一種將鉗位光電二極管制作在體硅，同時(shí)將其他電路部分制作于絕緣體上硅（Silicon-on-Insulator,SOI）的高速CMOS圖像傳感器[13]。SOS工藝和SOI工藝采用全介質(zhì)隔離結(jié)構(gòu)，可以徹底消除體硅CMOS電路中的閂鎖效應(yīng)。在CMOS圖像傳感器輻射效應(yīng)方面，2001年，美國(guó)航天局對(duì)一款采用環(huán)形柵和P溝道保護(hù)環(huán)方法加固的CMOS圖像傳感器進(jìn)行了γ射線試驗(yàn)，測(cè)試結(jié)果表明，TID效應(yīng)雖然導(dǎo)致暗電流增加，但是基于標(biāo)準(zhǔn)工藝加固后的CMOS圖像傳感器可以容忍30Mrad（Si）的輻射劑量[14]。2013年，歐洲航天局報(bào)道了質(zhì)子、電子和重粒子引起的SEE對(duì)HAS2CMOS圖像傳感器的像素和可編程增益放大器（ProgrammableGainAmplifier,PGA）的影響[10]。同年，圖盧茲大學(xué)研究了單粒子對(duì)4T圖像傳感器的影響，重粒子可在尋址電路的電平轉(zhuǎn)換器中產(chǎn)生SELs

第2章CMOS圖像傳感器讀出電路及輻射效應(yīng)研究13(c)RC參數(shù)恒定，隨電阻變化圖2-7不同條件下單粒子誘導(dǎo)瞬態(tài)電壓2.2.2單粒子對(duì)開關(guān)電容電路的影響開關(guān)電容電路通常出現(xiàn)在采樣保持以及失調(diào)消除等模擬電路中，這些模擬電路是CMOS圖像傳感器讀出電路的重要組成部分。開關(guān)電容電路中的浮空節(jié)點(diǎn)對(duì)單粒子尤其敏感，下面以圖2-8所示的開關(guān)電容電路為例，分析單粒子對(duì)開關(guān)電容電路的影響機(jī)制。當(dāng)Φ=0V時(shí)，開關(guān)斷開，B點(diǎn)變成了浮空節(jié)點(diǎn)，以下三種情況會(huì)改變B點(diǎn)的電壓。1）若開關(guān)直接被單粒子擊中，那么單粒子將在電容上沉積電荷，使B點(diǎn)的電壓發(fā)生改變。2）開關(guān)的時(shí)鐘端發(fā)生SET，使Φ電壓升高，相當(dāng)于開關(guān)瞬間開啟，進(jìn)而導(dǎo)致電容C存儲(chǔ)的電荷發(fā)生改變。3）根據(jù)電容耦合的原理，B點(diǎn)的電壓隨A點(diǎn)電壓變化。當(dāng)A點(diǎn)受單粒子影響電壓瞬態(tài)下降時(shí)，B點(diǎn)也會(huì)下降，可能會(huì)使NMOS管的襯底與漏極之間的寄生二極管開啟，導(dǎo)致襯底電流流入，從而改變存儲(chǔ)電容的電荷[41]。然而，這種情況出現(xiàn)的概率較小，且可以通過增大電容和調(diào)節(jié)A、B之間的電壓差避免。假設(shè)電容C上的電荷量減少ΔQ，那么節(jié)點(diǎn)B的電壓變化量為：ΔV=ΔQ/C。ABVrefN+N+P-substrateCΦ=0Φ圖2-8開關(guān)電容電路

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]CMOS APS光電器件單粒子效應(yīng)脈沖激光模擬實(shí)驗(yàn)研究[J]. 安恒,楊生勝,苗育君,薛玉雄,曹洲,張晨光.  真空與低溫. 2017(04)
[2]不同工藝尺寸CMOS器件單粒子閂鎖效應(yīng)及其防護(hù)方法[J]. 陳睿,余永濤,董剛,上官士鵬,封國(guó)強(qiáng),韓建偉,馬英起,朱翔.  強(qiáng)激光與粒子束. 2014(07)
[3]高速CMOS預(yù)放大-鎖存比較器設(shè)計(jì)[J]. 寧寧,于奇,王向展,任雪剛,李競(jìng)春,唐林,梅丁蕾,楊謨?nèi)A.  微電子學(xué). 2005(01)
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碩士論文
[1]星用CMOS圖像傳感器的單粒子效應(yīng)研究[D]. 劉洋.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2016
[2]納米尺度數(shù)字電路抗單粒子效應(yīng)的加固設(shè)計(jì)方法研究[D]. 錢棟良.合肥工業(yè)大學(xué) 2016
[3]CMOS圖像傳感器列級(jí)ADC研究與設(shè)計(jì)[D]. 徐文靜.天津大學(xué) 2012



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