CN106840613B - 辐照后互补金属氧化物半导体光子转移曲线和转换增益的测试方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种辐照后互补金属氧化物半导体光子转移曲线和转换增益的测试方法，该方法涉及装置是由静电试验平台、积分球光源、三维样品调整台、样品测试板、互补金属氧化物半导体样品、直流电源和计算机组成，通过调整积分球光源的辐照度和测试软件的积分时间，使两者的乘积为互补金属氧化物半导体的饱和输出，并计算辐照后暗场的平均灰度值和相应的灰度值的时域方差。在亮场条件下，计算辐照后亮场的平均灰度值和相应的灰度值的时域方差。用辐照后亮场数据减掉相同积分时间的辐照后暗场数据，得到辐照后平均灰度值的差值及灰度值时域方差的差值，分别以其作为横、纵坐标绘制出辐照后正确的光子转移曲线，这曲线的线性部分的拟合斜率即为辐照后正确的转换增益。
Description
技术领域
本发明属于光电成像器件性能参数检测技术领域，涉及一种辐照后互补金属氧化物半导体光子转移曲线和转换增益的测试方法。
背景技术
光电成像器件是利用光电效应，将光辐射图像转换为可观察、记录、传输、存储以及处理的信息器件的总称。光电成像器件广泛应用在各类空间光学卫星和有效载荷中，由于能够实时获得图像，是对地遥感侦察、目标监视、星敏感器等空间光电系统中不可缺少的核心器件。互补金属氧化物半导体与电荷耦合器件相比，具有单片集成、可靠性高、单电压、功耗低、成本低等明显优势，逐渐占据了对小体积、轻重量有苛刻要求的空间中低端成像领域，广泛应用于星敏感器、太阳敏感器、微纳卫星遥感、卫星姿态控制、飞船可视系统、空间视觉监控等各个方面。随着大规模集成电路工艺制造技术的进步，部分高性能互补金属氧化物半导体灵敏度、噪声性能已接近电荷耦合器件的水平，在国内外空间高端成像领域正逐渐取代电荷耦合器件。
航天器所处的天然空间辐射环境中，辐射主要来源于银河宇宙射线，太阳宇宙射线以及围绕地球的地磁俘获带辐射。辐射环境中的高能带电粒子作用于互补金属氧化物半导体会使它的性能参数产生影响。之前国内是用图像对比、目视法，或者不提取参数直接对比辐照前后图像的灰度值等方法来测试互补金属氧化物半导体性能参数的变化，却未给出定量化的结果；但我们研究器件在空间辐射环境中的辐射效应时是需要知道器件性能参数定量化变化结果的。国外是遵照EMVA 1288测试标准来定量化的求解分析互补金属氧化物半导体性能参数，但它也只解决了参数的测试问题，并未考虑到互补金属氧化物半导体辐照后引起的参数的变化，从而导致辐照后提取出的有些参数是不正确的，并且这种现象是普遍存在的。
在互补金属氧化物半导体性能参数测试中，光子转移曲线和转换增益是两个非常重要的参数。转换增益的意义是每个有效光电子导致输出图像灰度值的增量，通过光子转移曲线可以很直观的看出亮场和暗场信号差值的变化趋势。互补金属氧化物半导体辐照前光子转移曲线和转换增益可以根据EMVA 1288测试标准中的方法求解出来，该方法是选取一组固定的积分时间，在每个积分时间条件下，由图像传感器获取多帧图像数据，并计算辐照前暗场的平均灰度值和相应的灰度值的时域方差。在亮场条件下，选取和暗场条件相同的一组积分时间，在每个积分时间条件下计算辐照前暗场的平均灰度值和相应的灰度值的时域方差。用辐照前亮场数据减掉相同积分时间的辐照前暗场数据，得到辐照前平均灰度值的差值及灰度值时域方差的差值，分别以其作为横、纵坐标，即可绘制出辐照前光子转移曲线，这曲线的线性部分的拟合斜率即为辐照前转换增益。辐照前利用该方法可以求解出正确的光子转移曲线和转换增益，但辐照后利用该方法绘制出的光子转移曲线是无规律的波动曲线，因此无法求解转换增益。然而互补金属氧化物半导体辐照后的其它性能参数如满阱、时域暗噪声、暗信号非均匀性、暗电流是需要除以辐照后转换增益转换成以电子为单位的，这样可以更直观的掌握器件受辐照后的性能。
正是由于光子转移曲线、转换增益这两个参数的重要性，并且用EMVA 1288这个标准测试辐照后互补金属氧化物半导体的性能参数，其适用范围非常有限，会造成一些参数无法求解。因此本文提出辐照后互补金属氧化物半导体光子转移曲线和转换增益的测试方法，求解出辐照后正确的器件性能参数，从而直观的得到辐照所引起器件性能的变化，掌握互补金属氧化物半导体的空间辐射效应，为推广互补金属氧化物半导体在航天在轨载荷的应用提供有力支撑。
发明内容
本发明的目的在于，为解决现有测试技术的局限性，提供一种辐照后互补金属氧化物半导体光子转移曲线和转换增益的测试方法，该方法涉及装置是由静电试验平台、积分球光源、三维样品调整台、样品测试板、互补金属氧化物半导体样品、直流电源和计算机组成，通过调整积分球光源的辐照度和测试软件的积分时间，使两者的乘积为互补金属氧化物半导体的饱和输出，根据调整过的一组固定积分时间，在每个积分时间条件下，由图像传感器获取多帧图像数据，并计算辐照后暗场的平均灰度值和相应的灰度值的时域方差。在亮场条件下，选取和暗场条件相同的一组积分时间，在每个积分时间条件下计算辐照后亮场的平均灰度值和相应的灰度值的时域方差。用辐照后亮场数据减掉相同积分时间的辐照后暗场数据，得到辐照后平均灰度值的差值及灰度值时域方差的差值，分别以其作为横、纵坐标，即可绘制出辐照后正确的光子转移曲线，这曲线的线性部分的拟合斜率即为辐照后正确的转换增益。本发明操作方便简单，并且可以直观的看出辐照引起器件性能参数的变化情况，从而有效地分析辐照引起器件参数的变化机制。
本发明所述的一种辐照后互补金属氧化物半导体光子转移曲线和转换增益的测试方法，该方法涉及装置是由静电试验平台、积分球光源、三维样品调整台、样品测试板、互补金属氧化物半导体样品、直流电源和计算机组成，在静电试验平台(1)上分别设有积分球光源(2)和三维样品调整台(3)，在三维样品调整台(3)上固定有样品测试板(4)，在样品测试板(4)上放置互补金属氧化物半导体样品(5)，样品测试板(4)与直流电源(6)连接，静电试验平台(1)与计算机(7)连接，具体操作按下列步骤进行：
a、将经过辐照后的互补金属氧化物半导体样品(5)固定在样品测试板(4)上，再将样品测试板(4)分别与直流电源(6)和计算机(7)相连，开始进行暗场测试，暗场测试时需关闭积分球光源(2)，并同时关闭测试室中其他照明光源，并用不透光的黑盒罩盖住互补金属氧化物半导体样品(5)；
b、在计算机(7)中调整积分球光源(2)的辐照度和测试软件的积分时间，使二者的乘积为互补金属氧化物样品(5)的饱和输出；
c、暗场条件下，在步骤b设置的积分时间范围内等间隔取15个点，每个积分时间下由图像传感器采20帧2048×2040的灰度图像，通过测试软件获得20组2048×2040的灰度值矩阵，计算辐照后所有像素位置的灰度值的平均值和辐照后所有像素位置的灰度值方差的平均值；
d、亮场条件下：打开积分球光源(2)，并保持测试室中其他照明光源关闭，在步骤b设置的积分时间范围内等间隔取15个点，每个积分时间下由图像传感器采20帧2048×2040的灰度图像，通过测试软件可以获得20组2048×2040的灰度值矩阵，计算辐照后亮场条件下所有像素位置的灰度值的平均值和辐照后亮场所有像素位置的灰度值方差的平均值；
e、用辐照后亮场的数据减掉相同积分时间的暗场的数据，得到平均灰度值的差值及灰度值时域方差的差值，再分别以其作为横、纵坐标，绘制辐照后光子转移曲线；取光子转移曲线线性部分的拟合斜率即为辐照后的转换增益K。
步骤b中样品(5)的饱和输出为4094DN。
步骤d进行亮场测试时，样品测试板(4)需通过三维样品调整台(3)调整X、Y、Z三个方向的位置，使其与积分球光源(2)距离5cm，并且使样品测试板(4)上的样品(5)正对积分球光源(2)出光口并与出光口边沿对齐。
本发明提供一种辐照后互补金属氧化物半导体光子转移曲线和转换增益的测试方法，利用放置在静电试验平台上的积分球光源、三维样品调整台、样品测试板、电源、计算机组成的辐照后互补金属氧化物半导体光子转移曲线和转换增益的测试系统，该系统中积分球光源的辐照度可以通过计算机控制，系统中测试软件的积分时间范围也可以通过计算机控制，具体步骤为：
将经过辐照后的互补金属氧化物半导体样品(5)固定在样品测试板(4)上，再将样品测试板(4)分别与直流电源(6)和计算机(7)相连，开始进行暗场测试，暗场测试需用不透光的黑盒罩盖住互补金属氧化物半导体样品(5)，并关闭积分球光源(2)和测试室中其他照明光源；
在计算机(7)中调整积分球光源(2)的辐照度和测试软件的积分时间，使二者的乘积为样品(5)的饱和输出；
暗场条件下，在设置的积分时间范围内等间隔取15个点，每个积分时间下由图像传感器采20帧2048×2040的灰度图像，通过测试软件可以获得20组2048×2040的灰度值矩阵，灰度值矩阵分别为y1[m][n]、y2[m][n]、……、y20[m][n]，其中m和n表示某个灰度值的像素位置(1≤m≤2048,1≤n≤2040,m,n都为正整数)，下角标dark和d均表示暗场，下角标q(1、2、……、20)表示20帧图像的序号。求辐照后暗场每个像素位置的平均灰度值：
计算辐照后暗场条件下所有像素位置的灰度值的平均值，即μy.dark：
之前计算辐照后暗场平均灰度值μy.dark时已经获得了20帧图像，辐照后暗场灰度值的时域方差就根据这20帧图像计算，首先根据公式(3)计算辐照后暗场每个像素位置的灰度值方差：
然后计算辐照后暗场所有像素位置的灰度值方差的平均值，即为辐照后暗场灰度值的时域方差
亮场条件下：打开积分球光源(2)，并保持测试室中其他照明光源关闭，在设置的积分时间范围内等间隔取15个点，每个积分时间下由图像传感器采20帧2048×2040的灰度图像，通过测试软件可以获得20组2048×2040的灰度值矩阵，分别获得20组M×N的灰度值矩阵。灰度值矩阵分别为y1[m][n]、y2[m][n]、……、y20[m][n]，其中m和n表示某个灰度值的像素位置(1≤m≤2048,1≤n≤2040,m,n都为正整数)，下角标q(1、2、……、20)表示20帧图像的序号，求辐照后亮场每个像素位置的平均灰度值：
计算辐照后亮场条件下所有像素位置的灰度值的平均值，即μy：
之前计算辐照后亮场平均灰度值μy时已经获得了20帧图像，辐照后亮场灰度值的时域方差就根据这20帧图像计算，首先根据公式(7)计算辐照后亮场每个像素位置的灰度值方差：
然后计算辐照后亮场所有像素位置的灰度值方差的平均值，即为辐照后亮场灰度值的时域方差
用辐照后亮场的数据减掉相同积分时间的暗场的数据，得到平均灰度值的差值及灰度值时域方差的差值，分别以其作为横、纵坐标，根据公式(9)绘制辐照后光子转移曲线：
取辐照后光子转移曲线线性部分的拟合斜率即为辐照后的转换增益K。
本发明的有益效果：由于辐照会增大互补金属氧化物半导体暗电流和暗电流非均匀性引起的噪声，通过在计算机中增大积分球光源辐照度，同时减小积分时间来弱化辐照引起的互补金属氧化物半导体暗电流增加和暗电流非均匀性引起的噪声增大对辐照后光子转移曲线测试和求解辐照后转换增益的影响，实现辐照后互补金属氧化物半导体性能参数的正确提取。
本发明不但可以定量测试互补金属氧化物半导体辐照后的性能参数，而且解决了EMVA1288测试标准定量化求解分析互补金属氧化物半导体性能参数时未考虑辐照对互补金属氧化物半导体性能参数影响的问题，提取出辐照后正确的转换增益，并通过转换增益间接求出互补金属氧化物半导体以电子为单位的其它性能参数如满阱、时域暗噪声、暗信号非均匀性、暗电流，这样能更直观的掌握辐照后互补金属氧化物半导体的器件性能。因此本发明适用于需要掌握辐照后互补金属氧化物半导体性能的器件研制单位、科研院所和航天载荷单位使用。
附图说明
图1为本发明测试系统示意图；
图2为本发明中实例测试出的辐照前光子转移曲线，其中实线为辐照前PTC曲线，虚线为辐照前拟合曲线；
图3为本发明中实例测试出的辐照后光子转移曲线；
图4为本发明中实例测试出的调整过积分球辐照度和积分时间二者乘积的辐照后光子转移曲线，其中实线为辐照后PTC曲线，虚线为辐照后拟合曲线。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细描述。
实施例
本发明所述的一种辐照后互补金属氧化物半导体光子转移曲线和转换增益的测试方法，该方法涉及装置是由静电试验平台、积分球光源、三维样品调整台、样品测试板、互补金属氧化物半导体样品、直流电源和计算机组成，在静电试验平台1上分别设有积分球光源2和三维样品调整台3，在三维样品调整台3上固定有样品测试板4，在样品测试板4上放置互补金属氧化物半导体样品5，样品测试板4与直流电源6连接，静电试验平台1与计算机7连接，具体操作按下列步骤进行：
a、暗场测试前，先将互补金属氧化物半导体样品5(其型号为GSENSE400)插入样品测试板4(其型号为vesion1.1)上，然后用样品测试板4上的零插拔力插座固定样品5，再将样品测试板4分别与直流电源6、计算机7相连，连接后将直流电源的三路设置为+5V、-5V和接地，设置样品测试板4在+5V下的正常工作电流为435mA至550mA，此时限流设置为800mA；样品测试板4在-5V下限流设置为100mA；样品测试板4的时序和配置参数由长春长光辰芯光电技术有限公司提供，分为标准模式和高动态范围模式，本测试过程中采用高动态范围模式时序和此模式下的配置参数；计算机7在暗场测试前需要将测试软件中可编程增益放大器增益设置为5，对应倍率为3.7，选择通道为低增益通道，输出图像分辨率设置为2048×2040，直流电源6和计算机设置7设置完成后，开始进行暗场测试，暗场测试时需关闭积分球光源2，并同时关闭测试室中其他照明光源，并用不透光的黑盒罩盖住互补金属氧化物半导体样品5；
b、暗场条件下，测试环境温度设置为25℃，湿度设置为30％RH，在计算机7中调整积分球光源2的辐照度和测试软件的积分时间，将计算机7中测试软件的积分时间范围设置为0.01212ms至20.5116ms，积分时间范围内等间隔取15个点，每个积分时间下由图像传感器采20帧2048×2040的灰度图像，通过测试软件可以获得20组2048×2040的灰度值矩阵，根据这20组灰度值矩阵先通过公式(1)求出辐照前暗场每个像素位置的平均灰度值，再通过公式(2)求出辐照前暗场所有像素位置的灰度值的平均值，即μy.dark；
灰度值矩阵分别为y1[m][n]、y2[m][n]、……、y20[m][n]，其中m和n表示某个灰度值的像素位置(1≤m≤2048,1≤n≤2040,m,n都为正整数)，下角标dark和d均表示暗场，下角标q(1、2、……、20)表示20帧图像的序号，在15个不同积分时间计算出辐照前暗场所有像素位置的灰度值的平均值结果如表1中第2列所示：
表1样品辐照前暗场初值测试结果
| 积分时间(line time) | 暗场平均灰度值 | 暗场灰度值的时域方差 |
| 1 | 188.709 | 12.8439 |
| 72 | 188.671 | 7.7033 |
| 144 | 188.675 | 7.4269 |
| 215 | 188.694 | 7.3621 |
| 286 | 188.708 | 7.3217 |
| 358 | 188.682 | 7.3048 |
| 429 | 188.694 | 7.2929 |
| 500 | 188.733 | 7.3079 |
| 572 | 188.713 | 7.3137 |
| 643 | 188.687 | 7.3214 |
| 715 | 188.723 | 7.3112 |
| 786 | 188.694 | 7.3025 |
| 857 | 188.692 | 7.3272 |
| 929 | 188.678 | 7.3173 |
| 1000 | 188.758 | 7.3140 |
表2样品辐照后暗场初值测试结果
将样品5进行γ射线辐照，剂量率为50rad(Si)/s，辐照时长为4000秒，总剂量达到200krad，辐照后，对样品5进行辐照后暗场测试，重复测试并根据公式(1)、(2)计算辐照后暗场所有像素位置的灰度值的平均值，即μy.dark，在15个不同积分时间计算出辐照后暗场所有像素位置的灰度值的平均值结果如表2中第2列所示；
c、暗场条件下，测试环境温度设置为25℃，湿度设置为30％RH，将计算机7中测试软件的积分时间范围设置为0.01212ms至20.5116ms，积分时间范围内等间隔取15个点，每个积分时间下由图像传感器采20帧2048×2040的灰度图像，通过测试软件获得20组2048×2040的灰度值矩阵，根据这20组灰度值矩阵先通过公式(3)求出辐照前暗场每个像素位置的灰度值方差，再通过公式(4)求出辐照前暗场所有像素位置的灰度值方差的平均值，即为辐照前暗场灰度值的时域方差
其中m和n表示某个灰度值的像素位置(1≤m≤2048,1≤n≤2040,m,n都为正整数)，下角标dark和d均表示暗场，下角标q(1、2、……、20)表示20帧图像的序号，在15个不同积分时间计算出辐照前暗场所有像素位置的灰度值的时域方差结果如表1中第3列所示；
将步骤b中辐照后的样品5重复测试并根据公式(3)、(4)计算辐照后暗场所有像素位置的灰度值的时域方差，即在15个不同积分时间计算出辐照后暗场所有像素位置的灰度值的时域方差结果如表2中第3列所示；
d、亮场条件下：打开积分球光源2，并保持测试室中其他照明光源关闭，测试环境温度仍设置为25℃，湿度设置为30％RH，样品测试板4需通过三维样品调整台3调整X、Y、Z三个方向的位置，使其与积分球光源2距离5cm，并且使样品测试板4上的样品5正对积分球光源出光口并与出光口边沿对齐，在计算机7中设置初始辐照度为0.00908W/m2/Sr，在测试软件中设置和暗场相同的积分时间范围，在步骤b设置的积分时间范围内等间隔取15个点，每个积分时间下由图像传感器采20帧2048×2040的灰度图像，通过测试软件可以获得20组2048×2040的灰度值矩阵，根据这20组灰度值矩阵先通过公式(5)求出辐照前亮场每个像素位置的平均灰度值，再通过公式(6)求出辐照前亮场所有像素位置的灰度值的平均值，即μy；
灰度值矩阵分别为y1[m][n]、y2[m][n]、……、y20[m][n]，其中m和n表示某个灰度值的像素位置(1≤m≤M,1≤n≤N,m,n,M,N都为正整数)，下角标q(1、2、……、20)表示20帧图像的序号，在15个不同积分时间计算出辐照前亮场所有像素位置的灰度值的平均值结果如表3中第2列所示；
表3样品辐照前亮场初值测试结果
| 积分时间(line time) | 亮场平均灰度值 | 亮场灰度值的时域方差 |
| 1 | 194.185 | 7.7406 |
| 72 | 621.799 | 62.6590 |
| 144 | 1061.490 | 116.3790 |
| 215 | 1492.930 | 163.9960 |
| 286 | 1907.590 | 205.2880 |
| 358 | 2330.700 | 263.7270 |
| 429 | 2753.690 | 319.1150 |
| 500 | 3174.390 | 371.4940 |
| 572 | 3604.990 | 435.3250 |
| 643 | 4025.740 | 447.2820 |
| 715 | 4094.000 | 0.0237 |
| 786 | 4094.020 | 0.0173 |
| 857 | 4094.040 | 0.0156 |
| 929 | 4094.050 | 0.0138 |
| 1000 | 4094.070 | 0.0106 |
将步骤b中辐照后的样品5进行亮场测试，重复测试并根据公式(5)、(6)计算辐照后亮场所有像素位置的灰度值的平均值，即μy。在15个不同积分时间计算出辐照后亮场所有像素位置的灰度值的平均值结果如表4中第2列所示：
表4样品辐照后亮场初值测试结果
亮场条件下，测试环境温度仍设置为25℃，湿度设置为30％RH，样品5为步骤b中所述辐照后的样品，样品测试板4需通过三维样品调整台3调整X、Y、Z三个方向的位置，使其与积分球光源2距离5cm，并且使样品测试板4上的样品5正对积分球光源出光口并与出光口边沿对齐，在计算机7中设置初始辐照度为0.00908W/m2/Sr，在测试软件中设置和暗场相同的积分时间范围，同样在积分时间范围内等间隔取15个点，每个积分时间下由图像传感器采20帧2048×2040的灰度图像，通过测试软件获得20组2048×2040的灰度值矩阵，根据这20组灰度值矩阵先通过公式(7)求出辐照前亮场每个像素位置的灰度值方差，再通过公式(8)求出辐照前亮场所有像素位置的灰度值方差的平均值，即为辐照前亮场灰度值的时域方差
灰度值矩阵分别为y1[m][n]、y2[m][n]、……、y20[m][n]，其中m和n表示某个灰度值的像素位置(1≤m≤2048,1≤n≤2040,m,n都为正整数)，下角标q(1、2、……、20)表示20帧图像的序号。在15个不同积分时间计算出辐照前亮场所有像素位置的灰度值的时域方差结果如表3中第3列所示。
将步骤b中辐照后的样品5重复测试并根据公式(7)、(8)计算辐照后亮场所有像素位置的灰度值的时域方差，即在15个不同积分时间计算出辐照后亮场所有像素位置的灰度值的时域方差结果如表4中第3列所示；
e、用样品5辐照前亮场的数据减掉辐照前相同积分时间的暗场的数据，得到平均灰度值的差值及灰度值时域方差的差值，再分别以其作为横、纵坐标，绘制辐照前光子转移曲线；取光子转移曲线线性部分的拟合斜率即为辐照前的转换增益K。
用表1和表3中数据，根据公式(9)绘制辐照前光子转移曲线并取辐照前光子转移曲线线性部分的拟合斜率为转换增益K：
根据表1和表3中数据绘制出的辐照前光子转移曲线如图2所示，图中实线为辐照前光子转移曲线，虚线为辐照前光子转移曲线线性部分的拟合曲线(y＝0.12179x-2.36703)，求出该拟合曲线的拟合斜率即为辐照前转换增益，其值为0.12179。
用样品5辐照后亮场的数据减掉样品5辐照后相同积分时间的暗场的数据，得到辐照后平均灰度值的差值及灰度值时域方差的差值，分别以其作为横、纵坐标，绘制辐照后光子转移曲线；取辐照后光子转移曲线线性部分的拟合斜率即为辐照后转换增益K；
用表2和表4中数据绘制出的辐照后光子转移曲线如图3所示，由于辐照后的光子转移曲线为无规律的波动曲线，因此无法求出辐照后转换增益K；
由于辐照的影响，使步骤e中绘制出的辐照后光子转移曲线无规律波动，并且无法求出辐照后转换增益K，为了避免辐照的影响，需要在计算机7中调整积分球光源2的辐照度和测试软件的积分时间，使二者的乘积为样品5的饱和输出，其值为4094DN；
调整后将步骤b中辐照后的样品5根据公式(1)-(8)重复计算调整后、辐照后暗场所有像素位置的灰度值的平均值，即μy.dark，在15个不同积分时间计算出调整后、辐照后暗场所有像素位置的灰度值的平均值结果如表5中第2列所示；
再计算出调整后、辐照后暗场所有像素位置的灰度值的时域方差，即在15个不同积分时间计算出调整后、辐照后暗场所有像素位置的灰度值的时域方差结果如表5中第3列所示；
再计算出调整后、辐照后亮场所有像素位置的灰度值的平均值，即μy，在15个不同积分时间计算出调整后、辐照后亮场所有像素位置的灰度值的平均值结果如表6中第2列所示；
最后计算出调整后、辐照后亮场所有像素位置的灰度值的时域方差，即在15个不同积分时间计算出调整后、辐照后亮场所有像素位置的灰度值的时域方差结果如表6中第3列所示；
表5调整辐照度和积分时间乘积后样品辐照后暗场初值测试结果
| 积分时间(line time) | 暗场平均灰度值 | 暗场灰度值的时域方差 |
| 1 | 344.417 | 42.2167 |
| 15 | 332.766 | 41.2480 |
| 29 | 334.035 | 41.3396 |
| 44 | 336.218 | 41.4743 |
| 58 | 339.063 | 41.5520 |
| 72 | 343.890 | 41.8757 |
| 86 | 346.126 | 42.0640 |
| 100 | 346.982 | 42.2282 |
| 115 | 347.122 | 42.1440 |
| 129 | 347.676 | 42.1788 |
| 143 | 348.272 | 42.3358 |
| 157 | 348.635 | 42.2956 |
| 172 | 349.097 | 42.3528 |
| 186 | 349.402 | 42.3520 |
| 200 | 349.931 | 42.4454 |
表6调整辐照度和积分时间乘积后样品辐照后亮场初值测试结果
| 积分时间(line time) | 亮场平均灰度值 | 亮场灰度值的时域方差 |
| 1 | 367.164 | 45.3660 |
| 15 | 743.987 | 94.5007 |
| 29 | 1142.070 | 141.5570 |
| 44 | 1535.740 | 190.9170 |
| 58 | 1926.910 | 222.7810 |
| 72 | 2299.880 | 258.9280 |
| 86 | 2670.390 | 310.5420 |
| 100 | 3051.760 | 351.0900 |
| 115 | 3438.620 | 396.4450 |
| 129 | 3810.050 | 430.0910 |
| 143 | 4093.930 | 1.5787 |
| 157 | 4094.020 | 0.1476 |
| 172 | 4094.030 | 0.1550 |
| 186 | 4094.040 | 0.1581 |
| 200 | 4094.050 | 0.1595 |
用调整过辐照度和积分时间乘积的辐照后亮场的数据减掉样品辐照后相同积分时间的暗场的数据，得到辐照后平均灰度值的差值及灰度值时域方差的差值，分别以其作为横、纵坐标，绘制辐照后光子转移曲线；取辐照后光子转移曲线线性部分的拟合斜率即为辐照后转换增益K；用表5和表6中数据绘制出的辐照后光子转移曲线如图4所示，图4中实线为辐照后正确的光子转移曲线，虚线为辐照后光子转移曲线线性部分的拟合曲线(y＝0.11226x+5.82538)，求出该拟合曲线的拟合斜率即为辐照后正确的转换增益，其值为0.11226。
以上所述，仅为本发明提供的一种辐照后互补金属氧化物半导体光子转移曲线和转换增益的测试方法的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此。
Claims (3)
1.一种辐照后互补金属氧化物半导体光子转移曲线和转换增益的测试方法，其特征在于，该方法涉及装置是由静电试验平台、积分球光源、三维样品调整台、样品测试板、互补金属氧化物半导体样品、直流电源和计算机组成，在静电试验平台（1）上分别设有积分球光源（2）和三维样品调整台（3），在三维样品调整台（3）上固定有样品测试板（4），在样品测试板（4）上放置互补金属氧化物半导体样品（5），样品测试板（4）与直流电源（6）连接，静电试验平台（1）与计算机（7）连接，具体操作按下列步骤进行：
a、将经过辐照后的互补金属氧化物半导体样品（5）固定在样品测试板（4）上，再将样品测试板（4）分别与直流电源（6）和计算机（7）相连，开始进行暗场测试，暗场测试时需关闭积分球光源（2），并同时关闭测试室中其他照明光源，并用不透光的黑盒罩盖住互补金属氧化物半导体样品（5）；
b、在计算机（7）中调整积分球光源（2）的辐照度和测试软件的积分时间，使二者的乘积为辐照前的互补金属氧化物样品（5）的饱和输出；
c、暗场条件下，在步骤b设置的积分时间范围内等间隔取15个点，每个积分时间下由图像传感器采20帧2048×2040的灰度图像，通过测试软件获得20组2048×2040的灰度值矩阵，计算辐照后所有像素位置的灰度值的平均值和辐照后所有像素位置的灰度值方差的平均值；
d、亮场条件下：打开积分球光源（2），并保持测试室中其他照明光源关闭，在步骤b设置的积分时间范围内等间隔取15个点，每个积分时间下由图像传感器采20帧2048×2040的灰度图像，通过测试软件可以获得20组2048×2040的灰度值矩阵，计算辐照后亮场条件下所有像素位置的灰度值的平均值和辐照后亮场所有像素位置的灰度值方差的平均值；
e、用辐照后亮场的数据减掉相同积分时间的暗场的数据，得到平均灰度值的差值及灰度值时域方差的差值，再分别以其作为横、纵坐标，绘制辐照后光子转移曲线；取光子转移曲线线性部分的拟合斜率即为辐照后的转换增益K。
2.如权利要求1所述的辐照后互补金属氧化物半导体光子转移曲线和转换增益的测试方法，其特征在于步骤b中样品（5）的饱和输出为4094DN。
3.如权利要求1所述的辐照后互补金属氧化物半导体光子转移曲线和转换增益的测试方法，其特征在于步骤d进行亮场测试时，样品测试板（4）需通过三维样品调整台（3）调整X、Y、Z三个方向的位置，使其与积分球光源（2）距离5cm，并且使样品测试板（4）上的样品（5）正对积分球光源（2）出光口并与出光口边沿对齐。
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