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CCD是一种具有高灵敏度的固态光学成像器件,其被广泛应用于空间侦查和深空探索任务中。由于器件所处的空间环境中散布着大量宇宙射线,它们轰击电子元器件会诱发辐射损伤,严重时引起性能退化、或功能失效甚至器件损毁,这严重威胁着CCD的应用性能和可靠性。同时真实空间环境中辐射的累积是一个剂量率低且漫长的过程,而地面加速辐照实验中通常采用高剂量率辐照,如果器件存在低剂量率损伤增强效应,现存地面模拟实验将高估器件在真实环境中的抗辐射能力,这将给航天任务带来极大的隐患。因此为了准确评估器件在真实环境中的抗辐射能力,有必要针对CCD在不同粒子辐照下的辐射效应和低剂量率环境辐照下的效应进行深入研究。 本文针对具有埋沟工艺、复合栅结构且工作在MPP模式下的CCD进行了两种辐照源下的辐射效应研究,获得了CCD在60Co-γ射线和电子束辐照下的辐射损伤特性,其中考察的特征参数包括:电荷转移效率、暗信号、暗信号非均匀性、饱和输出电压和光谱响应,并采用科学的实验手段和合理的数据分析方法,探讨了各参数变化的原因。同时根据实验结果和半导体辐射损伤理论,获得不同粒子辐照下参数退化与辐射损伤的关系,初步确定了位移效应和电离效应对器件参数退化的贡献能力。 通过研究得到以下结果: 1)暗信号是60Co-γ辐照下最敏感的参数,本款器件的暗信号存在低剂量率损伤增强效应。辐照和退火数据显示,低剂量率辐照下的暗信号增量是高剂量率辐照加等时退火后的15倍。在随后的高温100℃退火过程中,95%的暗信号可以在48小时内退火,因考MOS结构器件低剂量率增强效应主要受氧化物陷阱电荷和界面陷阱电荷的共同作用,且界面态在100℃不发生明显退火,从而初步认为界面态对暗信号的贡献度不超过5%,低剂量率损伤增强效应主要与氧化物电荷的积累有关。 2)电荷转移效率是均随电子和60Co-γ总剂量的增加而减小,且电子辐照后退化的更明显。对于电子辐照,电荷转移效率在常温退火中有明显波动,但经过高温100℃退火后电荷转移效率变得很稳定,考虑到稳定缺陷大规模退火温度在150℃以上,实验100℃退火不足以使缺陷量明显减少,因此电荷转移效率在这个过程中表现的很稳定。对于60Co-γ辐照,电荷转移效率退化主要受界面态陷阱作用的影响,由于器件工艺对界面陷阱生长有很好的抑制作用,这使的60Co-γ射线辐照下的电荷转移效率不产生明显变化。 3)饱和输出电压在不同辐照环境下均随总剂量的增加而降低,且在随后的常温和高温退火中表现稳定。由于饱和输出电压主要受耗尽层深度和输出放大器的影响,而实验中氧化物陷阱电荷在高温下基本退火,因此认为氧化层电荷对耗尽层深度的影响不大,饱和输出电压的变化主要受输出放大器的影响。 4)通过60Co-γ射线和电子辐照实验表明,埋沟工艺、复合栅结构及MPP工作模式的CCD可以有效的抑制界面态对在载流子的影响,同时复合栅结构对CCD抗辐射损伤起到一定作用。