王祖軍,薛院院,劉敏波,唐本奇,何寶平,姚志斌,盛江坤,馬武英

(西北核技術(shù)研究所，西安710024；強脈沖輻射環(huán)境模擬與效應(yīng)國家重點實驗室，西安710024)

CCD空間環(huán)境輻射效應(yīng)地面模擬試驗方法

王祖軍,薛院院,劉敏波,唐本奇,何寶平,姚志斌,盛江坤,馬武英

(西北核技術(shù)研究所，西安710024；強脈沖輻射環(huán)境模擬與效應(yīng)國家重點實驗室，西安710024)

針對星用電荷耦合器件(charge coupled device, CCD)在空間環(huán)境中遭受的輻射損傷效應(yīng)，建立了CCD空間環(huán)境輻射效應(yīng)地面模擬試驗方法。從輻射模擬源、試驗流程、最劣輻照偏置條件、不同能量質(zhì)子位移損傷等效、質(zhì)子和中子位移損傷等效等方面，研究了CCD空間總劑量效應(yīng)、位移效應(yīng)和單粒子瞬態(tài)效應(yīng)地面模擬試驗方法，為開展CCD空間輻射損傷效應(yīng)研究和加固性能考核提供了試驗技術(shù)支持。

CCD；空間輻射效應(yīng)；總劑量效應(yīng)；位移效應(yīng)；單粒子瞬態(tài)效應(yīng)；地面模擬試驗方法

電荷耦合器件(charge coupled device, CCD)圖像傳感器具有成像和探測功能，能為偵查、制導(dǎo)、預(yù)警、瞄準等武器系統(tǒng)提供高清晰度、高分辨率的圖像，并通過監(jiān)控和遙感技術(shù)反饋實時信息[1]。目前，CCD已成為偵察、導(dǎo)航、探測、通信、資源等衛(wèi)星成像系統(tǒng)的核心元器件。然而，隨著CCD在空間環(huán)境中的廣泛應(yīng)用，其遭受空間輻射損傷的問題日益突出?？臻g輻射損傷對CCD在軌成像質(zhì)量和探測效率影響嚴重，甚至?xí)?dǎo)致其功能失效，對航天器成像系統(tǒng)在軌正常運行及效能發(fā)揮構(gòu)成了嚴重威脅。為保障我國新型航天器的順利研制與在軌效能發(fā)揮，亟須深入開展CCD的空間輻射損傷效應(yīng)研究。

在空間輻射環(huán)境中，CCD的輻照損傷效應(yīng)主要有電離效應(yīng)(總劑量效應(yīng)和單粒子瞬態(tài)效應(yīng))和位移效應(yīng)[2-3]?？倓┝啃?yīng)和位移效應(yīng)屬于累積劑量效應(yīng)，通常會產(chǎn)生永久性損傷，而單粒子瞬態(tài)效應(yīng)產(chǎn)生的瞬態(tài)干擾，會在CCD輻照后輸出的下一幀信號中恢復(fù)，文獻[4-6]已經(jīng)報道了CCD各類輻射效應(yīng)的典型特征。開展CCD空間環(huán)境輻射效應(yīng)地面模擬試驗時，一般分別開展CCD空間總劑量效應(yīng)、位移效應(yīng)和單粒子瞬態(tài)效應(yīng)試驗。由于CCD的器件結(jié)構(gòu)和工作原理相對復(fù)雜，且空間輻射誘發(fā)的損傷既包含電離損傷又包含位移損傷，因此美軍標、國軍標及美國航空航天局(NASA)和歐洲航天局(ESA)制定的與電子元器件輻射效應(yīng)試驗方法相關(guān)的標準、規(guī)范和指南等，主要針對通用類電子元器件，尚不能完全適用于CCD。目前，國內(nèi)外尚未報道針對CCD空間環(huán)境輻射效應(yīng)地面模擬試驗方法的標準和規(guī)范。

本文針對星用CCD在空間環(huán)境中遭受的輻射損傷效應(yīng)，參考國內(nèi)外與電子元器件輻射效應(yīng)相關(guān)的標準、規(guī)范和指南[7-8]，結(jié)合CCD輻射粒子輸運模擬計算[9]、輻照效應(yīng)仿真模擬[10]、輻照試驗[11-20]和理論分析[21]，解決了CCD空間環(huán)境輻射效應(yīng)試驗方法中的關(guān)鍵技術(shù)問題，分別建立了CCD空間總劑量效應(yīng)、位移效應(yīng)和單粒子瞬態(tài)效應(yīng)地面模擬試驗方法，從而形成了CCD空間環(huán)境輻射效應(yīng)地面模擬試驗方法，為開展CCD空間輻射損傷效應(yīng)研究和加固性能考核提供了試驗技術(shù)支持。

1 空間總劑量效應(yīng)地面模擬試驗方法

1.1空間總劑量效應(yīng)輻射模擬源

總劑量效應(yīng)輻射模擬源有60Co γ射線源、X射線源和加速器電子源。開展空間總劑量效應(yīng)地面模擬試驗時，輻射源宜采用60Co γ射線源，試樣被輻照面的不均勻性應(yīng)小于10%?？己穗娮釉骷碾婋x輻照損傷效應(yīng)時，美軍標、國軍標中廣泛采用60Co γ射線源代替加速器電子源來模擬空間總劑量效應(yīng)。目前，我國用于航天領(lǐng)域電子元器件的電離總劑量輻照損傷考核主要通過60Co γ射線源開展。試驗也表明，60Co γ射線源輻照可用來模擬CCD空間電離總劑量效應(yīng)。

1.2空間總劑量效應(yīng)試驗流程

開展CCD總劑量效應(yīng)輻照試驗時，根據(jù)試驗大綱或具體空間任務(wù)需求，確定CCD輻照的總劑量和劑量率。當(dāng)CCD應(yīng)用于空間輻射環(huán)境中時，會受到空間總劑量效應(yīng)的影響。如在低地球軌道環(huán)境中，空間輻射總劑量每年在0.1～1 krad(Si)范圍內(nèi)；在中高地球軌道環(huán)境中，由于航天器軌道要穿過范·艾倫輻射帶，所處的輻射環(huán)境更惡劣，空間輻射總劑量每年在10～100 krad(Si)范圍內(nèi)；在地球同步軌道環(huán)境中，航天器遭受外范·艾倫輻射帶、太陽耀斑和宇宙射線的輻射，空間輻射總劑量每年在10 krad(Si)量級范圍內(nèi)。可選擇1～2片CCD開展摸底輻照試驗，當(dāng)累積劑量達到規(guī)定總劑量時，根據(jù)試驗結(jié)果選取合適的總劑量測試點。進行CCD性能考核試驗時，每次的輻照時間應(yīng)不小于10 min，試驗前，需對輻照場進行標定。

輻照試驗前，測試查驗樣品和被試品(device under test, DUT)的功能和輻射損傷敏感參數(shù)，記錄相應(yīng)的試驗現(xiàn)象、試驗數(shù)據(jù)，確保試驗所選器件符合要求，被試品宜選3片以上。輻照試驗前，宜測試被試品暗信號、暗信號不均勻性、噪聲和飽和輸出。當(dāng)輻照誘發(fā)CCD勢阱中產(chǎn)生的暗信號導(dǎo)致像元飽和，則認為器件已功能失效，此時無論感光與否，輸出信號均為飽和輸出信號。除非另有規(guī)定，否則開展總劑量損傷的性能考核試驗時，偏置條件應(yīng)選擇最劣的偏置。開展輻照試驗，逐步累積劑量達到規(guī)定總劑量，并在各劑量點進行器件參數(shù)測試。輻照后，測試DUT的功能和輻射損傷敏感參數(shù)，記錄相應(yīng)的試驗現(xiàn)象和試驗數(shù)據(jù)，并進行數(shù)據(jù)處理。圖1給出了開展空間總劑量效應(yīng)地面模擬試驗流程圖。

1.3空間總劑量效應(yīng)最劣偏置條件

開展CCD總劑量損傷性能考核試驗時，CCD的偏置條件應(yīng)選擇最劣的偏置，即在加工作電壓和驅(qū)動信號的同時，滿足：1)N溝道CCD，應(yīng)選擇工作電壓在工作范圍內(nèi)的上限值；驅(qū)動信號應(yīng)選擇全為高電平狀態(tài)。2)P溝道CCD，應(yīng)選擇工作電壓在工作范圍內(nèi)的下限值；應(yīng)選擇驅(qū)動信號全為低電平狀態(tài)。

圖1 空間總劑量效應(yīng)地面模擬試驗流程圖Fig.1 Flow chart of ground simulation radiation test of TID effect on CCDs

N溝道CCD的信號電荷為電子，由于電子的遷移率遠高于空穴，因此，通常絕大多數(shù)CCD采用N溝道。CCD的光敏區(qū)感光后，形成信號電荷，在轉(zhuǎn)移柵的控制下，信號電荷進入轉(zhuǎn)移寄存器，在驅(qū)動時序作用下，信號電荷轉(zhuǎn)移到CCD輸出放大器輸出。N溝道CCD工作時加正柵壓。同時，加偏置電壓和加驅(qū)動時序輻照N溝道CCD時，CCD光敏區(qū)和轉(zhuǎn)移寄存區(qū)的柵氧化層中產(chǎn)生的電場，影響了輻照過程中帶電粒子的運動。輻照過程中柵氧化層不僅有電子-空穴對的產(chǎn)生，而且有電子-空穴對的復(fù)合。經(jīng)過初始復(fù)合后，電子在電場的作用下被快速地掃出柵氧化層，使輻照產(chǎn)生的電子-空穴對的復(fù)合概率變小，而經(jīng)復(fù)合后剩下的空穴比無柵壓或較小柵壓時更多。復(fù)合后剩下的空穴，一部分被氧化物陷阱所俘獲，形成氧化物陷阱電荷；另一部分在電場作用下，向Si/SiO2界面漂移，在Si/SiO2界面產(chǎn)生輻射感生界面陷阱電荷。因而，同時加偏置電壓和加驅(qū)動時序時，輻射誘發(fā)產(chǎn)生的氧化物陷阱電荷和界面陷阱電荷均比無柵壓或較小柵壓時要多，產(chǎn)生的總劑量損傷也更嚴重。因此， N溝道CCD工作電壓選擇范圍內(nèi)的上限值，驅(qū)動信號選擇全為高電平狀態(tài)，且為最劣偏置。

P溝道CCD的信號電荷為空穴，襯底為N型Si，其工作時必須加負柵壓。P溝道CCD同時加工作和驅(qū)動時序電壓輻照時，輻照誘發(fā)CCD柵氧化層產(chǎn)生的電子-空穴對，在經(jīng)過初始的復(fù)合后，電子在電場的作用下，同樣被快速地掃出柵氧化層，使輻照產(chǎn)生的電子-空穴對的復(fù)合概率變小，而經(jīng)復(fù)合后剩下的空穴比無柵壓或較大柵壓時要多。負柵壓產(chǎn)生的電場，一方面加速電子和空穴的分離，另一方面阻礙空穴向Si/SiO2界面運動。這使復(fù)合后剩下的空穴進入氧化層陷阱區(qū)的數(shù)量增多，導(dǎo)致氧化層陷阱電荷比無柵壓或負柵壓較大時更多。氧化層陷阱電荷俘獲空穴的過程中伴隨能量釋放，放出的能量使氧化層中的Si-H鍵斷裂，產(chǎn)生H離子，俘獲的空穴越多，釋放的能量就越多，產(chǎn)生并輸運到Si/SiO2界面的H離子也越多，形成的界面態(tài)陷阱也越多。因此，P溝道CCD工作電壓選擇范圍內(nèi)的下限值，驅(qū)動信號選擇全為低電平狀態(tài)，且為最劣偏置。

2 空間位移效應(yīng)地面模擬試驗方法

2.1空間位移效應(yīng)輻射模擬源

開展空間環(huán)境輻射效應(yīng)地面模擬試驗時，可使用中子源或質(zhì)子源來模擬空間位移輻射效應(yīng)。由于在實際空間輻射環(huán)境中，位移損傷主要由空間高能質(zhì)子引起，國內(nèi)外直接采用質(zhì)子源模擬空間位移輻照效應(yīng)。采用質(zhì)子源開展空間位移效應(yīng)地面模擬試驗時，質(zhì)子源應(yīng)滿足以下條件：1)當(dāng)采用質(zhì)子源開展CCD位移損傷的性能考核試驗時，除非另有規(guī)定，否則宜選擇能量在40～100 MeV范圍內(nèi)的單能質(zhì)子；若選擇能量為10 MeV的質(zhì)子，應(yīng)保證質(zhì)子束流能入射到CCD的靈敏區(qū)。2)質(zhì)子注量率宜在106～109cm-2·s-1范圍內(nèi)選取。3)試樣被照面的質(zhì)子注量不均勻性小于20%。用質(zhì)子源來模擬空間位移輻照效應(yīng)時，需要注意以下問題：1)質(zhì)子輻照CCD誘發(fā)產(chǎn)生的位移損傷和電離損傷均很顯著，需要考慮質(zhì)子源帶來的電離損傷影響。2)當(dāng)質(zhì)子能量較低、無法穿透CCD靈敏區(qū)時，需要對CCD芯片上的光窗蓋進行開蓋處理。

開展CCD空間位移損傷地面模擬輻照試驗時，根據(jù)CCD工作的實際空間軌道輻射環(huán)境及屏蔽條件選擇合適的質(zhì)子能量開展地面輻照模擬試驗。選擇能量在40～100 MeV范圍內(nèi)的單能質(zhì)子開展地面輻照模擬試驗，原因是能量在40～100 MeV范圍內(nèi)，單能質(zhì)子不僅能穿過CCD的器件封裝材料和靈敏區(qū)，而且在CCD靈敏區(qū)中沉積的非電離能量損失(non-ionizing energy loss, NIEL)接近常數(shù)。CCD的位移損傷敏感參數(shù)退化與靈敏區(qū)中沉積的NIEL成比例，從而有利于通過開展單能質(zhì)子的地面輻照試驗來模擬空間環(huán)境中質(zhì)子的位移損傷[22]。由于質(zhì)子源容易產(chǎn)生能量為10 MeV的質(zhì)子，若選擇能量為10 MeV的質(zhì)子，開展CCD位移效應(yīng)考核試驗時，為保證10 MeV質(zhì)子能穿透CCD的封裝材料和靈敏區(qū)，通常需要對CCD芯片的光窗蓋進行開蓋處理。此外，由于10 MeV質(zhì)子輻照CCD的試驗不能體現(xiàn)中高能質(zhì)子和Si原子的非彈性作用過程[22]，可通過開展10 MeV質(zhì)子與能量在40～100 MeV范圍內(nèi)的單能質(zhì)子輻照CCD誘發(fā)位移損傷的試驗結(jié)果進行對比，得到相應(yīng)的等效修正因子。

可采用中子源(穩(wěn)態(tài)、脈沖反應(yīng)堆及中子發(fā)生器)開展空間位移效應(yīng)地面模擬試驗。中子輻射場應(yīng)滿足以下條件：1)給出反應(yīng)堆實際測量的能譜數(shù)據(jù)和DUT輻照位置的硅材料1 MeV等效中子注量率的測量數(shù)據(jù)。2)0.01 MeV以上與0.5 eV以下中子注量比應(yīng)大于100。3)除非另有規(guī)定，否則反應(yīng)堆的n/γ比應(yīng)大于1×1011cm-2·Gy-1。4)在垂直于中子束流方向，放置輻照樣品的范圍內(nèi)，中子注量不均勻性小于20%。使用中子源模擬空間位移輻射效應(yīng)具有以下特點：1)國外相關(guān)研究已經(jīng)明確給出了不同空間軌道輻射環(huán)境的1 MeV等效中子注量。例如，NASA在“新千年計劃[23]：空間環(huán)境與電子元器件指南”中給出了不同軌道空間環(huán)境中輻射誘發(fā)CCD位移損傷對應(yīng)的1 MeV等效中子注量，即低地球軌道為5×109cm-2、地球同步軌道為2×1010cm-2。2)開展CCD反應(yīng)堆中子輻照試驗時，中子的穿透能力強，無需對CCD芯片光窗蓋進行開蓋處理。3)中子束流面積(相對質(zhì)子束流而言)較大，適合批量器件同時開展空間位移損傷效應(yīng)考核試驗。4)用中子源模擬空間位移損傷時，應(yīng)選用高n/γ比的中子輻照源，使得CCD的輻照損傷主要是位移損傷，中子輻照過程中引入γ電離總劑量非常小，此時帶來的CCD電離損傷影響可忽略。

2.2空間位移效應(yīng)試驗流程

開展CCD空間位移效應(yīng)輻照試驗時，根據(jù)試驗大綱或具體空間任務(wù)需求，確定CCD輻照的注量。如采用質(zhì)子源，需確定質(zhì)子束流能量、輻照注量率和輻照注量；采用反應(yīng)堆中子源，需確定中子輻照注量。輻照前，測試查驗樣品、DUT的功能和輻射損傷敏感參數(shù)，記錄相應(yīng)的試驗現(xiàn)象、試驗數(shù)據(jù)。除非另有規(guī)定，在開展位移損傷的性能考核試驗時，CCD應(yīng)選擇不加偏置，CCD外引線應(yīng)全部短路連接或采取其他有效的防靜電措施。中子輻照CCD主要產(chǎn)生位移損傷，GJB 762.1和GJB 548規(guī)定了中子輻照試驗時，偏置條件為外引線全部短路連接或者全部開路。CCD加偏置輻照會導(dǎo)致質(zhì)子電離損傷更顯著，所以CCD質(zhì)子位移損傷試驗選擇不加偏置。

使用滿足輻射防護要求的平面或圓弧面試驗夾具，單層擺放并固定在質(zhì)子注量偏差允許的范圍內(nèi)。輻照后，應(yīng)對DUT感生的放射性活度進行監(jiān)測，在符合GB 18871規(guī)定的安全情況下[24]，對DUT的測試應(yīng)在輻照后24 h內(nèi)完成；當(dāng)DUT殘余的放射性活度高于安全操作的規(guī)定時，進行測試前的經(jīng)歷時間可延長到一周，或者采取措施進行遠距離測試，并記錄數(shù)據(jù)和測試條件。輻照后，測試DUT的參數(shù)，記錄相應(yīng)的試驗現(xiàn)象、試驗數(shù)據(jù)，并進行數(shù)據(jù)處理；必要時，測試查驗樣品的功能和輻射損傷敏感參數(shù)，記錄相應(yīng)的試驗現(xiàn)象、試驗數(shù)據(jù)，并進行數(shù)據(jù)處理。輻照后的DUT及試驗線路板應(yīng)在測試后作為放射性廢物，按照GB 18871的4.3,4.5和附錄A及國家其他有關(guān)法規(guī)與標準的要求進行處理[24]。開展空間位移效應(yīng)地面模擬試驗流程，如圖2所示。

2.3不同能量質(zhì)子位移損傷等效

在空間輻射環(huán)境中，星用CCD的輻照損傷主要由質(zhì)子引起。處于低地球軌道時，主要由地球范·艾倫輻射帶質(zhì)子引起；處于地球同步靜止軌道時，主要由太陽耀斑質(zhì)子引起。在實際空間輻射環(huán)境中，空間質(zhì)子能譜是連續(xù)的，空間質(zhì)子的能量主要分布在0.1～500 MeV的寬廣能譜范圍內(nèi)。開展地面模擬空間環(huán)境輻射試驗時，需根據(jù)CCD工作的具體軌道空間環(huán)境及器件屏蔽條件，選擇合適的地面輻照模擬試驗質(zhì)子能量，通過計算NIEL，可以將空間輻射環(huán)境中，質(zhì)子產(chǎn)生的位移損傷等效為單一質(zhì)子能量的等效輻照注量，從而達到通過選擇單一質(zhì)子能量的地面輻照試驗來模擬空間環(huán)境中質(zhì)子的位移損傷。單一質(zhì)子能量的等效輻照注量計算公式如下：

(1)

式中,E1為CCD所處空間軌道輻射環(huán)境中的質(zhì)子最低能量，MeV；E2為CCD所處空間軌道輻射環(huán)境中的質(zhì)子最高能量，MeV；N(E)為能量為E的質(zhì)子在CCD靈敏區(qū)中沉積的非電離能量損失，MeV·cm-2·g-1；Ф(Etest)為地面模擬試驗選取入射質(zhì)子能量為Etest時的質(zhì)子注量，cm-2；dФ(E)/dE為空間環(huán)境中質(zhì)子微分能譜。

圖2 開展空間位移效應(yīng)地面模擬試驗流程圖Fig.2Flow chart of ground simulation radiation test DD effect on CCDs

2.4質(zhì)子和中子位移損傷等效

質(zhì)子和中子輻照CCD后，位移損傷誘發(fā)CCD輻射敏感參數(shù)的退化很相似，通過質(zhì)子和中子輻照電子元器件誘發(fā)輻射敏感參數(shù)退化程度的比較，可獲得較好的等效換算關(guān)系。例如，NASA給出了空間軌道質(zhì)子損傷與1 MeV等效中子的等效位移輻照注量的考核指標。

CCD的位移輻照損傷，主要由質(zhì)子、中子和重離子等入射粒子與CCD相互作用引起。這些粒子與CCD中的體Si材料作用，在體Si內(nèi)引起晶格原子位移，產(chǎn)生空位-間隙原子對，形成弗倫克爾缺陷。這些體缺陷充當(dāng)載流子產(chǎn)生復(fù)合中心，一部分被復(fù)合，一部分在體內(nèi)遷移，與其他缺陷、雜質(zhì)、摻雜原子形成穩(wěn)定的缺陷團，其能級處于位于導(dǎo)帶和價帶之間的禁帶中。

進行質(zhì)子與中子位移損傷的等效換算公式如下：

(2)

式中,Фeq為1 MeV等效中子注量，cm-2；Etest為地面輻照模擬試驗選取的入射質(zhì)子能量，MeV；N(E)為能量為E的質(zhì)子在CCD靈敏區(qū)中沉積的非電離能量損失，MeV·cm-2·g-1；D為1 MeV中子在硅材料中的損傷函數(shù)(Kerma因子)，MeV·mb。可通過式(2)計算單能質(zhì)子的位移損傷與1 MeV中子的NIEL之比，得到1 MeV等效中子注量。

3 空間單粒子瞬態(tài)效應(yīng)地面模擬試驗方法

3.1空間單粒子瞬態(tài)效應(yīng)輻射模擬源

開展空間環(huán)境輻射效應(yīng)地面模擬試驗時，可使用重離子加速器源、锎源(252Cf)及脈沖激光束來模擬CCD空間單粒子瞬態(tài)效應(yīng)。重離子加速器源可產(chǎn)生不同種類和能量的離子，提供較寬的線性能量轉(zhuǎn)移(linear energy transfer, LET)范圍，更接近空間高能粒子的實際情況，通常采用重離子加速器模擬單粒子瞬態(tài)效應(yīng)。252Cf源的自發(fā)裂變碎塊和α粒子也可用來模擬空間重離子單粒子瞬態(tài)效應(yīng)。近年來，國內(nèi)外常用聚焦脈沖激光代替高能離子模擬單粒子瞬態(tài)效應(yīng)。

3.2空間單粒子瞬態(tài)效應(yīng)試驗流程

開展CCD單粒子瞬態(tài)效應(yīng)輻照試驗前，根據(jù)試驗大綱或具體空間任務(wù)需求，確定CCD單粒子瞬態(tài)效應(yīng)輻射模擬源，包括輻射粒子種類、能量、LET等。然后分析CCD的輻射敏感區(qū)域，如光敏像元區(qū)、轉(zhuǎn)移寄存區(qū)、讀出放大電路等。由于開展單粒子瞬態(tài)試驗時，CCD必須進行實時在線測試，因此輻照試驗前，應(yīng)搭建CCD在線測試平臺，記錄相應(yīng)的試驗現(xiàn)象、試驗數(shù)據(jù)。輻照試驗期間，根據(jù)試驗?zāi)康牟煌x取CCD不同的輻射敏感區(qū)域進行輻照，并累積到規(guī)定的輻照注量，在線實時監(jiān)測CCD輻射敏感參數(shù)的變化，此時偏置條件為加偏置加驅(qū)動的正常工作狀態(tài)。若輻照試驗過程中器件功能失效，則停止輻照，進行數(shù)據(jù)處理和分析。輻照后，測試DUT輻照后參數(shù)，記錄相應(yīng)的試驗現(xiàn)象、試驗數(shù)據(jù)，并進行數(shù)據(jù)處理。輻照后的DUT及試驗線路板應(yīng)在測試后作為放射性廢物，按照GB 18871的4.3，4.5和附錄A及國家其他有關(guān)法規(guī)與標準的要求進行處理[24]。圖3給出了開展空間單粒子瞬態(tài)效應(yīng)地面模擬試驗流程圖。

圖3 空間單粒子瞬態(tài)效應(yīng)地面模擬試驗流程圖Fig.3Flow chart of ground simulation radiation test method of single event transient effect on CCDs

4 結(jié)論

CCD在空間輻射環(huán)境中遭受的輻射損傷效應(yīng)包括總劑量效應(yīng)、位移效應(yīng)和單粒子瞬態(tài)效應(yīng)，這些效應(yīng)具有各自的典型特征，通過分別建立這些效應(yīng)的地面模擬試驗方法，形成了CCD空間環(huán)境輻射效應(yīng)地面模擬試驗方法。該方法解決了開展CCD空間環(huán)境輻射效應(yīng)地面模擬試驗方法中輻射模擬源選取、最劣輻照偏置條件、不同能量質(zhì)子位移損傷等效、質(zhì)子和中子位移損傷等效等關(guān)鍵技術(shù)問題，規(guī)范了試驗流程。本文的試驗方法研究為開展CCD空間輻射效應(yīng)研究和加固性能考核提供了試驗技術(shù)支持。

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Ground Simulation Test Methods for Space Environment Radiation Effects on Charge Coupled Devices

WANG Zu-jun,XUE Yuan-yuan,LIU Min-bo,TANG Ben-qi,HE Bao-ping,YAO Zhi-bin,SHENG Jiang-kun,MA Wu-ying

(Northwest Institute of Nuclear Technology,Xi’an710024,China;State Key Laboratory of Intense Pulsed Radiation Simulation and Effect,Xi’an710024,China)

For the space environment radiation effects on the CCDs used in the satellites, the ground simulation test methods are built. The simulation test sources, test procedures, the worst radiation bias conditions, the damage equivalence of different energy protons, and the damage equivalence of protons and neutrons of displacement radiation effects on the CCDs are investigated to build the ground simulation test methods of total ionizing dose (TID), displacement damage (DD), and single event transient (SET) radiation effects in space environment separately, which will provide the theoretical and experimental supports to the CCD space radiation damage effects and radiation hardening investigations.

CCD；space radiation effect；total ionizing dose effect；displacement effect; single event transient effect；ground simulation radiation test method

2016-07-26；

2016-10-31

國家自然科學(xué)基金資助項目(11035126)；國家重點實驗室基金資助項目(SKLIPR1211)

王祖軍(1979- )，男，湖北漢川人，副研究員，博士，主要從事光電器件輻射效應(yīng)研究。

E-mail:wangzujun@nint.ac.cn

TN386.5

A

2095-6223(2016)040601(7)