Поиск
Найти:
Подписка/отписка
на рассылку новостей
ISSN 2070-7401 (Print), ISSN 2411-0280 (Online)
Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса
физические основы, методы и технологии мониторинга окружающей среды, потенциально опасных явлений
и объектов

  

Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2020. Т. 17. № 1. С. 80-88

Влияние радиации на ключевые параметры матричных фотоприёмных устройств

А.А. Кобелева 1 , С.В. Воронков 1 , С.А. Прохорова 1 
1 Институт космических исследований РАН, Москва, Россия
Одобрена к печати: 16.01.2020
DOI: 10.21046/2070-7401-2020-17-1-80-88
Характеристики звёздного датчика во многом определяются матричным фотоприёмным устройством (ФПУ), лежащим в его основе. К ключевым характеристикам ФПУ относятся чувствительность, линейность и неравномерность чувствительности, а также динамический диапазон и собственный шум. Воздействие ионизирующих излучений космического пространства приводит к деградации этих характеристик. В данной статье приводятся методики измерения фотометрических параметров (темнового сигнала в отдельных пикселях, среднего значения темнового сигнала и среднеквадратичного отклонения темнового сигнала по кадру, структурной составляющей шума, неравномерности чувствительности пикселей, линейности чувствительности). Рассмотрена природа собственного шума ФПУ. Определена связь измеряемых параметров ФПУ с природой шума. Выделены основные факторы, влияющие на величину шума: температура, ионизация, дефекты в структуре полупроводника и время экспонирования. В звёздных датчиках семейства БОКЗ применяются ФПУ двух типов: ПЗС-матрицы с виртуальной фазой и КМОП-матрицы с 8-транзисторной структурой ячейки. Проведено сравнение радиационных эффектов в КМОП- и ПЗС-матрицах. Поднимается проблема выбора температурного режима работы ФПУ, в том числе во время радиационных испытаний. Рассмотрены плюсы (снижение собственного шума ФПУ, увеличение динамического диапазона) и минусы (уменьшение количества отжигаемых дефектов) понижения рабочей температуры ФПУ.
Ключевые слова: звёздный датчик, фотоприёмное устройство, шум, ионизирующее излучение космического пространства, дозовые эффекты, эффекты смещения, отжиг, КМОП, ПЗС
Полный текст

Список литературы:

  1. Аванесов Г. А., Акимов В. В., Воронков С. В. Результаты испытаний ПЗС-матриц российского и зарубежного производства на источниках заряженных частиц // Всероссийская научно-техн. конф. «Современные проблемы ориентации и навигации космических аппаратов»: сб. тр. Таруса. 22–25 сент. 2008. М.: ИКИ РАН, 2009. С. 447–457.
  2. Белинская Е. В., Кобелева А. А., Сметанин П. С., Эльяшев Я. Д., Черняк М. Е. Сравнение эффектов структурных повреждений в матрицах КМОП и ПЗС, применяемых в звёздных датчиках, на примере CMV4000 и ФППЗ «Лев-4» // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2018. Т. 15. № 6. С. 119–130. DOI: 10.21046/2070-7401-2018-15-6-119-130.
  3. Букингем М. Шумы в электронных приборах и системах / пер. с англ. М.: Мир, 1986. 399 с.
  4. Гайдар Г. П. Отжиг радиационных дефектов в кремнии // Электронная обработка материалов. 2012. Т. 48. № 1. С. 93–105.
  5. Кобелева А. А., Эльяшев Я. Д., Бессонов Р. В., Куделин М. И., Аванесов Г. А., Форш А. А. Результаты испытаний фотосенсоров CMV 20000 на стойкость к воздействию ионизирующих излучений космического пространства // 5-я Всероссийская научно-техн. конф. «Современные проблемы ориентации и навигации космических аппаратов»: сб. тр. Таруса, 5–8 сент. 2016. М.: ИКИ РАН, 2017. С. 154–162.
  6. Лазовский Л. Приборы с зарядовой связью: прецизионный взгляд на мир. 1992. 26 с. URL: http://www.autex.spb.ru/download/sensors/ccd.pdf (дата обращения 04.11.19).
  7. Лебедев А. И. Физика полупроводниковых приборов: учеб. пособие. М.: Физмалит, 2008. 488 с.
  8. Неизвестный С. И., Никулин О. Ю. Приборы с зарядовой связью ― основа современной телевизионной техники. Основные характеристики ПЗС // Специальная техника. 1999. № 5. С. 30–38.
  9. Чумаков А. И. Действие космической радиации на интегральные схемы. М: Радио и связь, 2004. 319 с.