T-CNS 81-2022 電荷耦合器件質(zhì)子位移損傷效應(yīng)模擬試驗(yàn)方法

ICS27.120.01Simulationtestmethodofprotoninduceddisplacementdamageeffects 2 2 5 6 7 8 本文件按照GB/T1.1—2020《標(biāo)準(zhǔn)化工作導(dǎo)則第1部分：標(biāo)準(zhǔn)化文件的結(jié)構(gòu)和起草規(guī)則》的規(guī)定本文件主要起草人：文林、李豫東、郭旗、周東、何承發(fā)、張興堯、于新、馮婕、王信、張丹、1電荷耦合器件質(zhì)子位移損傷效應(yīng)模擬試驗(yàn)方法本文件描述了采用質(zhì)子對(duì)電荷耦合器件（CCD）進(jìn)行位移損傷效應(yīng)輻照試驗(yàn)的一般要求、試驗(yàn)方法位移損傷效應(yīng)displacementdamageeff輻射導(dǎo)致半導(dǎo)體材料的原子離開(kāi)原晶格位置轉(zhuǎn)移到別的位置上的一種損傷效應(yīng)。入射質(zhì)子使半導(dǎo)體材料內(nèi)原子產(chǎn)生位移損傷效應(yīng)時(shí)損失的能量稱(chēng)為非電離能量損失。注：入射質(zhì)子穿過(guò)半導(dǎo)體材料會(huì)損失能量，質(zhì)子能量損失有兩種方式，即產(chǎn)生電子-空穴對(duì)的電離效應(yīng)和使半導(dǎo)體位移損傷等效劑量equivalentdisplacementdamaged2在無(wú)光照的條件下，質(zhì)子輻射導(dǎo)致CCD部分像素的輸出信號(hào)遠(yuǎn)高于圖像平均信號(hào)4.1儀器與設(shè)備4.2試驗(yàn)環(huán)境c)如樣品或試驗(yàn)有特殊要求，應(yīng)規(guī)定溫度、濕度等特殊4.3輻射安全和輻射防護(hù)試驗(yàn)人員進(jìn)入輻照位置操作時(shí)應(yīng)佩戴個(gè)人劑量計(jì)，對(duì)5.1試驗(yàn)?zāi)康?.2試驗(yàn)方案率、累積注量點(diǎn)、輻照偏置狀態(tài)、測(cè)試參數(shù)及測(cè)試方5.3試驗(yàn)設(shè)備5.3.1質(zhì)子加速器5.3.2試驗(yàn)板和電纜a)試驗(yàn)板上的器件分為被試器件和其他器件兩類(lèi)，被試器件應(yīng)與試驗(yàn)板上的其他器件保持一定b)試驗(yàn)板加偏可以使用普通電纜，信號(hào)傳d)試驗(yàn)中需對(duì)試驗(yàn)板進(jìn)行固定，保證輻照和測(cè)試試驗(yàn)中試驗(yàn)板狀態(tài)的穩(wěn)定為保證試驗(yàn)結(jié)果的可靠性，每一種試驗(yàn)條件下的數(shù)據(jù)應(yīng)來(lái)自不少于3只被試器件，每一只被試器件被試器件區(qū)域區(qū)域1區(qū)域區(qū)域3區(qū)域區(qū)域2區(qū)域區(qū)域4除非已確定被試器件的玻璃光窗對(duì)輻照試驗(yàn)沒(méi)有影響，否則輻照實(shí)驗(yàn)中應(yīng)將被試器件進(jìn)行開(kāi)蓋處理，即去除被試器件封裝中的玻璃光窗。對(duì)被試器件進(jìn)行開(kāi)蓋處理時(shí)，不可5.5試驗(yàn)程序試驗(yàn)程序包括輻照條件、輻照后樣品處理、參數(shù)測(cè)試幾個(gè)部分，試驗(yàn)流程應(yīng)符合附錄A的被試器件的輻照注量應(yīng)與試驗(yàn)方案中規(guī)定值一致，兩者相差不應(yīng)超過(guò)±1質(zhì)子輻照試驗(yàn)中，如需計(jì)算被試器件內(nèi)沉積的位移損傷劑），4輻照試驗(yàn)中采用的質(zhì)子能量宜在10MeV～200MeV范圍內(nèi)選擇，實(shí)際采用的質(zhì)子能量應(yīng)與試驗(yàn)方案中規(guī)定值一致，根據(jù)空間質(zhì)子能譜分布及等效計(jì)算情況，推薦采用的質(zhì)子能量為10MeV、60MeV、100MeV。已確定被試器件的玻璃光窗對(duì)輻照試驗(yàn)沒(méi)有影響的情況下，應(yīng)確定質(zhì)子穿過(guò)玻璃光窗后的能量滿質(zhì)子輻照所采用的注量率宜在106proton/cm2/s～109proton/cm2/s范圍內(nèi)方案調(diào)整，不宜超過(guò)1010proton5.5.4輻照注量點(diǎn)試驗(yàn)中，對(duì)被試器件在不同累積注量下進(jìn)行光電參數(shù)的移位測(cè)試。一般情況下宜選取5個(gè)以上的輻5.5.5輻照偏置條件接并接地或試驗(yàn)各方同意的其它輻照偏置條件。5.5.6輻照后樣品放射性檢測(cè)及樣品處置以下（距被試器件表面0.1m處劑量率小于等于1μSv/h）。工作人員應(yīng)監(jiān)測(cè)被試器件的輻射劑量，并給輻照前后光電參數(shù)測(cè)試應(yīng)在同一測(cè)試系統(tǒng)上進(jìn)行，且測(cè)試參數(shù)的順序和測(cè)試條件應(yīng)保持不變。CCD定輻照注量點(diǎn)時(shí)，暫停輻照并進(jìn)行圖像采集，通過(guò)采集b)原位測(cè)試無(wú)法保障穩(wěn)定的光照條件，因此應(yīng)選擇無(wú)光照條件下的測(cè)試參數(shù)；c)試驗(yàn)樣品描述：樣品名稱(chēng)、型號(hào)、編號(hào)、數(shù)量、工藝、質(zhì)量等d)輻照試驗(yàn)條件：預(yù)定的輻照注量、輻照時(shí)的偏置條件、注量率、輻照注量點(diǎn)、6制定試驗(yàn)方案（5.2）制定試驗(yàn)方案（5.2）·輻照總注量（5.5.2）·質(zhì)子能量和注量率（5.5.3）·輻照注量點(diǎn)（5.5.4）·輻照偏置條件（5.5.5）在線測(cè)試（5.5.8）·輻照總注量（5.5.2）·質(zhì)子能量和注量率（5.5.3）·輻照注量點(diǎn)（5.5.4）·輻照偏置條件（5.5.5）在線測(cè)試（5.5.8）試驗(yàn)樣品（5.4）輻照條件輻照后樣品處理（5.5.6）光電參數(shù)移位測(cè)試（5.5.7）試驗(yàn)報(bào)告（6）試驗(yàn)報(bào)告（6））：DDD=∫NIELdE·························································對(duì)于單能質(zhì)子輻照，位移損傷劑量（DDD）計(jì)算方式見(jiàn)公式系統(tǒng)等等均可監(jiān)測(cè)質(zhì)子束流。質(zhì)子束流由輻照源對(duì)于被試器件位移損傷敏感區(qū)域上方有較厚屏蔽層的被試器件，需要采用仿真方法計(jì)算敏感區(qū)域8散點(diǎn)圖，并按最小二乘法，擬合出一條直線，該直線的斜率即為器件的單位時(shí)間暗信號(hào)。b)調(diào)節(jié)測(cè)試系統(tǒng)，給器件加上規(guī)定的電源電壓，使器件處于正常工作狀態(tài)；d)在無(wú)光照時(shí)，增大積分時(shí)間，對(duì)每次積分e)按照最小二乘法計(jì)算輸出信號(hào)與積分時(shí)間的直線方程系數(shù)，把新得到的直線繪入曲線上,得）；d）；g)暗信號(hào)也可用暗電流密度表征。按公式（C.2）計(jì)算器件的暗電流密………………Jd——器件的暗電流密度，單位符號(hào)為納安每平方厘米（nA/cm2）；q——1.6×10-19，單位為庫(kù)倫（C）；T——器件的積分時(shí)間，單位符號(hào)為毫秒（msAd——器件的像元面積；SV——器件的電荷-電壓轉(zhuǎn)換因子。9b)調(diào)節(jié)測(cè)試系統(tǒng)，給器件加上規(guī)定的電源電壓，使器件處于正常工作狀態(tài)；VFPN=VDEV=…………………VFPN——器件的暗信號(hào)非均勻性，單位符號(hào)M——光敏面像元數(shù)；標(biāo)準(zhǔn)探測(cè)器定標(biāo)值的定義，按公式（C.4）計(jì)算該波長(zhǎng)下每個(gè)像元在一定積分時(shí)間內(nèi)接受的光能量Eλ:As——標(biāo)準(zhǔn)探測(cè)器面積；Iλ——標(biāo)準(zhǔn)探測(cè)器波長(zhǎng)λ處的輸出電流，單位為毫安（mA）；均勻光源器件測(cè)試電路數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)及數(shù)據(jù)處理。因?yàn)殡姾砂D(zhuǎn)移存在電荷N用于電荷可在最后有用行（或列）和第1掩蔽（或過(guò)掃）像元快速轉(zhuǎn)移的器件結(jié)構(gòu)。因此本方法也可以NLC——（水平轉(zhuǎn)移）行的最后一個(gè)像元電荷量（e-）或（垂直轉(zhuǎn)移）幀信號(hào)最后一行的總像元電NP——器件寄存器轉(zhuǎn)移的單元數(shù)乘時(shí)鐘相數(shù)。b)調(diào)節(jié)測(cè)試系統(tǒng)，給器件加上規(guī)定的電源電壓，使器件處于正常工作狀態(tài)；c)設(shè)定器件的輸出信號(hào)值為飽和信號(hào)f)啟動(dòng)測(cè)量程序，按公式（C.7）計(jì)算幀信號(hào)行遲后第1拖尾像元輸出信號(hào)的平均值VDH：m——器件光敏面垂直方向像元數(shù)；i——幀信號(hào)的第i個(gè)行個(gè)亮像元列輸出信號(hào)的平均值VLCH：m——器件光敏面垂直方向像元數(shù)；h)按公式（C.9）計(jì)算p相時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)的器件水平轉(zhuǎn)移效率ηH：p——水平轉(zhuǎn)移時(shí)鐘相數(shù)；n——器件水平寄存器轉(zhuǎn)移單元數(shù)。i)按公式（C.10）計(jì)算幀的最后行遲后的第1拖尾像元行的F幀輸出VVLj——第j幀最后行遲后的第1拖尾像元行的輸出信號(hào)。j)測(cè)量幀最后一亮行的像元輸出信號(hào)VLLj，按公式（C.11）計(jì)算F幀的輸出信號(hào)k)按公式（C.12）計(jì)算P相時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)的器件垂直轉(zhuǎn)移效率ηV：VDL——幀的最后行遲后的第1拖尾像元行的F