[發明專利]一種電荷耦合器件中子輻照后的電荷轉移效率測試方法

有效

• 申請號: 201610067202.7
• 申請日: 2016-01-29
• 公開（公告）號: CN105572486B
• 公開（公告）日: 2018-07-13
• 發明（設計）人: 王祖軍;黃紹艷;姚志斌;何寶平;劉敏波;唐本奇;肖志剛;盛江坤;馬武英;羅通頂;陳偉;薛院院
• 申請（專利權）人: 西北核技術研究所
• 主分類號: G01R29/08
• 分類號: G01R29/08
• 代理公司: 西安智邦專利商標代理有限公司 61211
• 代理人: 楊亞婷

本發明提供一種電荷耦合器件中子輻照后的電荷轉移效率測試方法。該方法通過增加CCD信號電荷讀出時的過掃描像素輸出單元，使中子輻照誘發產生的缺陷俘獲CCD信號電荷后，在過掃描像素輸出單元中收集，并通過圖像輸出直觀地呈現中子輻照誘發產生的信號電荷損失；采用飽和光照，使信號電荷包在CCD轉移溝道依次轉移過程中，消除暗信號尖峰帶來的影響，同時能滿足不同中子注量輻照后，CTE測試時，信號電荷包大小的一致性。從而解決了中子輻照后導致CCD的CTE測試不準甚至無法測試的難題。

技術領域

本發明涉及輻射效應測試技術，具體涉及種消除電荷耦合器件電荷轉移效率測試時中子位移損傷誘發暗信號尖峰影響的方法。

背景技術

電荷耦合器件(charge coupled device,CCD)具有成像、數據處理、通信等功能，是航天器成像系統中的核心元器件，在國防、軍事上應用廣泛。但CCD對輻照損傷很敏感，應用于空間輻射或核輻射環境中的CCD會受各種輻射粒子或射線誘發產生的輻照損傷，特別是位移輻照損傷甚至導致CCD功能失效。因此，開展CCD輻照損傷及加固技術研究是我國航天部門提出的亟待全面和加速研究的關鍵技術之一。

電荷轉移效率(charge transfer efficiency,CTE)是CCD表征性能好壞的重要參數。CCD的工作過程是基于信號電荷的定向轉移，然而信號電荷從一個勢阱轉移到相鄰下一個勢阱時，存在一定的損失，通常將轉移后的信號電荷與轉移前的信號電荷的百分比稱為CTE。CCD受輻照后，CTE將減小，尤其是受到中子、質子、重離子等誘發產生的位移損傷后，CTE出現嚴重退化，是導致CCD在空間輻射或核輻射環境中性能退化甚至功能失效的主要原因。此外，位移損傷還會導致CCD的暗信號、暗信號不均勻性增大及暗信號尖峰大量產生等現象。

CTE測試是CCD特征參數中測試相對最困難的，也是公認的測試難題。CCD常態下(輻照前)的CTE通常在99.999％-99.9999％范圍內，因而CTE測試過程中對測試設備要求較高，如光源的均勻性要求特別高，而且很難測試準確。

目前國內主要采用光注入法、X射線法、和擴展像素邊界響應(EPER)法等方法來測量CCD輻照前的CTE，但上述測試CTE方法在CCD輻照后，由于輻照損傷，特別是位移損傷誘發暗信號尖峰的影響，導致測試不準確，甚至出現CTE大于1時的錯誤結果。

光注入法測CTE時，采用積分球光源提供均勻光源，在CCD光敏元上覆蓋帶有雙縫的遮光板，使雙縫在CCD中距離輸出端不同位置的兩部分光敏單元(S_A、S_B)均勻感光，產生相同電量的信號電荷包。由于這兩部分光敏單元所對應的存儲單元轉移次數不同，相同電量的信號電荷包經過不同次數轉移后，信號損失不同，從而計算CTE。這種方法對積分球光源提供均勻光源的均勻性要求高，若光源不均勻，則容易出現CTE大于1時的錯誤結果。中子輻照后，位移損傷誘發產生的暗信號和暗信號尖峰會導致S_A、S_B產生的信號電荷包不同，導致CTE測試不準，且容易出現CTE大于1時的錯誤結果。

X射線法測CTE時，采用同位素⁵⁵Fe產生5.9keV的X射線在CCD的單個像元中產生1620個電子。當一個光子產生的信號電荷包只在一個像元收集時，稱為單像元事件。由于電荷轉移損失，隨轉移次數的增加單像元事件損失的電子數增加，譜線出現傾斜，通過測量譜線的傾斜可得到信號轉移過程中造成的電荷損失量。這種方法需要放射性源，且中子輻照后，位移損傷誘發產生的暗信號和暗信號尖峰，會影響譜線的傾斜，導致CTE測不準。