CN113917513B - 一种用于电离总剂量辐照后光电成像器件随机电报信号测试方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种用于电离总剂量辐照后光电成像器件随机电报信号的测试方法。该方法涉及装置是由暗室和样品测试板两部分组成。将样品测试板置于暗室内，将辐照后的CMOS图像传感器固定在样品锁紧座上，盖上遮光盖，接通电源，给样品测试板供电，通过计算机软件找到工作温度、像素电压、积分时间、采图频率、采图时长、窗口大小等条件与测试结果和试验数据量之间的关系，依据计算结果确定试验条件，完成随机电报信号的测试。本发明可以在实验室条件下完成电离总剂量产生随机电报信号的准确测试，适用范围广，方法简单，可操作性强。
Description
技术领域
本发明涉及电子器件辐射效应检测技术领域，具体涉及一种用于光电成像器件电离总剂量辐照后随机电报信号的测试方法，属于微电子技术领域、抗辐射加固技术领域。
背景技术
在CCD、CMOS图像传感器中，随机电报信号(Random telegraph signal,RTS)指像素输出值随时间在两个或多个台阶之间随机波动的现象。星用图像传感器在执行空间成像任务时必然受到空间辐射环境中高能粒子(质子、电子和重离子等)的辐照，诱发各种辐射效应：电离总剂量效应、位移损伤效应和单粒子效应。位移损伤和电离总剂量效应会在图像传感器产生随机电报信号，导致器件有效分辨率下降，给在轨飞行时暗电流校准带来挑战，严重影响图像传感器的成像性能。因此，有必要开展辐射产生随机电报信号的研究，获得随机电报信号的效应规律，探索对应的抑制方法，为星用图像传感器的长期可靠应用提供技术支撑。
快速准确地测出辐照产生的随机电报信号是随机电报信号研究的难点。目前，国内外研究小组已经掌握了位移损伤产生随机电报信号的测试方法，但电离总剂量产生随机电报信号的测试技术只有国外个别小组掌握，国内尚未报道电离总剂量产生随机电报信号的测试方法。一方面电离总剂量产生随机电报信号具有跳变幅度小、时间常数大的特点，导致这类随机电报信号像素难以测试；另一方面国外研究小组选用定制器件作为试验样品，而且文献中只给出测试条件的设定值，没有给出测试条件的选择依据。因此，国外研究小组报道的关于电离总剂量效应产生随机电报信号的试验方法具有一定局限性，对于方便获取的商用器件是否适用仍需进一步研究。
本发明提出一种用于电离总剂量辐照后光电成像器件随机电报信号测试方法。该测试方法针对商用光电成像器件，给出了随机电报信号测试条件的选择依据，具有一定通用性。本发明解决了电离总剂量产生随机电报信号难以检测的问题，为深入分析光电成像器件随机电报信号提供了有效可行的方法。
发明内容
本发明目的在于，针对电离总剂量辐照产生的随机电报信号难以测试的问题，提供一种通用的用于电离总剂量辐照后光电成像器件随机电报信号测试方法。该方法涉及装置是由暗室和样品测试板两大部分组成，将样品测试板置于暗室内，将辐照后的CMOS图像传感器固定在样品锁紧座上，盖上遮光盖，接通电源，给样品测试板供电，通过计算机软件找到工作温度、像素电压、积分时间、采图频率、采图时长、窗口大小等条件与测试结果和试验数据量之间的关系，依据计算结果确定试验条件，完成随机电报信号的测试。本发明可以在实验室条件下完成电离总剂量产生随机电报信号的准确测试，适用范围广，方法简单，可操作性强。
本发明所述的一种用于电离总剂量辐照后光电成像器件随机电报信号测试方法，该方法涉及装置是由暗室(1)和样品测试板(2)两大部分组成，在样品测试板(2)上分别设置有电压调节模块(3)、遮光盖(4)、样品锁紧座(5)、传感器供电模块(6)、传感器偏置模块(7)、现场可编程门阵列(8)和供电端口(9)，电源(10)与供电端口(9)连接，样品锁紧座(5)分别与传感器供电模块(6)、传感器偏置模块(7)和现场可编程门阵列(8)连接，现场可编程门阵列(8)与计算机(11)连接，具体操作按下列步骤进行：
a、将样品测试板(2)置于暗室(1)内，将测试样品辐照后的CMOS图像传感器固定在样品锁紧座(5)上，盖上遮光盖(4)，接通电源(10)，给样品测试板(2)供电，传感器供电模块(6)和传感器偏置模块(7)提供测试样品所需的静态偏置，现场可编程门阵列(8)通过计算机(11)向测试样品提供动态时序，测试样品采集的图像数据通过现场可编程门阵列(8)传输至计算机(11)；
b、调节暗室(1)环境温度，将固定在样品锁紧座(5)的测试样品辐照后的CMOS图像传感器在该温度下静置30min，使测试样品温度与暗室(1)环境温度一致，整个测试过程中暗室(1)环境温度波动范围为±1℃；
c、使用计算机软件计算不同传输栅压下平均暗电流值，根据计算结果，调节样品测试板(2)的电压调节模块(3)，设置测试样品的传输栅电压；
d、使用计算机软件计算不同积分时间下随机电报信号跳变幅度，根据计算结果，设置计算机(11)采图软件相关参数确定测试样品的积分时间和采图频率；
e、使用计算机软件计算不同采图时长下随机电报信号检测结果，根据计算结果，设置计算机(11)采图软件相关参数确定连续采图时间和采集图像的数目；
f、设置计算机(11)采图软件的窗口大小，使用计算机软件计算不同窗口大小下试验数据量，确定测试样品输出图像的大小；
g、开始随机电报信号测试，测试结束后，使用计算机数据处理软件处理试验数据，获得随机电报信号的测试结果。
本发明所述的一种用于电离总剂量辐照后光电成像器件随机电报信号测试方法，适用于不同种类、不同工艺光电成像器件的电离总剂量产生随机电报信号测试。本发明解决了电离总剂量产生随机电报信号难以检测的问题，为深入分析光电成像器件随机电报信号提供了有效可行的方法。
因此本发明适用于评估或者设计抗辐射加固光电成像器件的研制单位、科研院所和航天载荷单位使用。
附图说明
图1为本发明所涉及装置结构示意图；
图2为本发明平均暗电流与传输栅电压的关系图；
图3为本发明随机电报信号跳变幅度与积分时间的关系图；
图4为本发明随机电报信号测试结果与测试时长的关系图；
图5为本发明试验数据量与窗口大小的关系图；
图6为本发明所述方法检测到的电离总剂量产生的8个随机电报信号。
具体实施方式
实施例
本发明所述的一种用于电离总剂量辐照后光电成像器件随机电报信号测试方法，该方法涉及装置是由暗室1和样品测试板2两大部分组成，在样品测试板2上分别设置有电压调节模块3、遮光盖4、样品锁紧座5、传感器供电模块6、传感器偏置模块7、现场可编程门阵列8和供电端口9，电源10与供电端口9连接，样品锁紧座5分别与传感器供电模块6、传感器偏置模块7和现场可编程门阵列8连接，现场可编程门阵列8与计算机11连接，具体操作按下列步骤进行：
a、试验样品是商用CMOS图像传感器，选用γ射线进行辐照，辐照累积剂量是50krad(Si)；将样品测试板2置于暗室1内，将辐照后的商用CMOS图像传感器固定在样品锁紧座5上，盖上遮光盖4，接通电源10，给样品测试板2供电，传感器供电模块6和传感器偏置模块7提供测试样品辐照后的商用CMOS图像传感器所需的静态偏置，现场可编程门阵列8通过计算机11采图软件向测试样品辐照后的商用CMOS图像传感器提供动态时序，保证测试样品可以正常工作；测试样品辐照后的商用CMOS图像传感器采集的图像数据通过现场可编程门阵列8传输至计算机11(见图1)；
b、调节暗室1环境温度为24℃，将固定在样品锁紧座5上的测试样品辐照后的商用CMOS图像传感器在温度24℃下静置30min，使测试样品辐照后的商用CMOS图像传感器温度与暗室1环境温度一致，整个测试过程中暗室1环境温度波动范围为±1℃；
c、使用计算机MATLAB软件计算测试样品辐照后的商用CMOS图像传感器不同传输栅压下平均暗电流值，根据计算结果(见图2)，调节样品测试板2的电压调节模块3，设置测试样品传输栅电压为0V；
d、使用计算机MATLAB软件计算测试样品辐照后的商用CMOS图像传感器不同积分时间下随机电报信号跳变幅度，根据计算结果(见图3)，通过计算机11采图软件设置积分时间为1s，采图频率为2s一帧；
e、使用计算机MATLAB软件计算测试样品辐照后的商用CMOS图像传感器不同采图时长下随机电报信号检测结果，根据计算结果(见图4)，通过计算机11采图软件设置采图时间为7小时，连续采集12600张图；
f、设置计算机11采图软件的窗口大小，使用计算机MATLAB软件计算测试样品辐照后的商用CMOS图像传感器不同窗口大小下试验数据量(见图5)，通过计算机11采图软件设置输出图像大小为2048×600，每张图为2.4MB，试验数据量为30.24GB；
g、开始随机电报信号测试，测试结束后，使用计算机MATLAB软件处理试验数据，获得随机电报信号测试结果(见图6)。
按照本发明所述的方法测得的随机电报信号跳变轨迹清晰，有助于特征参数提取分析；此外，在保证测试结果准确的前提下，该方法减轻了长时间图像采集带来的数据存储和处理压力，实现电离总剂量产生随机电报信号的快速分析。
Claims (1)
1.一种用于电离总剂量辐照后光电成像器件随机电报信号测试方法，其特征在于该方法涉及装置是由暗室（1）和样品测试板（2）两大部分组成，在样品测试板（2）上分别设置有电压调节模块（3）、遮光盖（4）、样品锁紧座（5）、传感器供电模块（6）、传感器偏置模块（7）、现场可编程门阵列（8）和供电端口（9），电源（10）与供电端口（9）连接，样品锁紧座（5）分别与传感器供电模块（6）、传感器偏置模块（7）和现场可编程门阵列（8）连接，现场可编程门阵列（8）与计算机（11）连接，具体操作按下列步骤进行：
a、将样品测试板（2）置于暗室（1）内，将测试样品辐照后的CMOS图像传感器固定在样品锁紧座（5）上，盖上遮光盖（4），接通电源（10），给样品测试板（2）供电，传感器供电模块（6）和传感器偏置模块（7）提供测试样品所需的静态偏置，现场可编程门阵列（8）通过计算机（11）向测试样品提供动态时序，测试样品采集的图像数据通过现场可编程门阵列（8）传输至计算机（11）；
b、调节暗室（1）环境温度，将固定在样品锁紧座（5）的测试样品辐照后的CMOS图像传感器在该温度下静置30min，使测试样品温度与暗室（1）环境温度一致，整个测试过程中暗室（1）环境温度波动范围为±1℃；
c、使用计算机软件计算不同传输栅压下平均暗电流值，根据计算结果，调节样品测试板（2）的电压调节模块（3），设置测试样品的传输栅电压；
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