空间辐射环境下CMOS图像传感器的暗电流幅值分布模型研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    61306128
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    25.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    F0406.集成电路器件、制造与封装
  • 结题年份:
    2016
  • 批准年份:
    2013
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2014-01-01 至2016-12-31

项目摘要

With the development of space science and techniques, CMOS image sensors are so important as sensing equipments which are applied in scientific research and military areas such as space detection, satellites attitude determination, aerospace photography and intercontinental ballistic missile guidance. However, radiation from space do great harm to the Si-photoelectric device, which results in pixels' average dark-current increase, brings a part of the pixels with high dark-current peaks and even makes some pixels invalid. Thus, the SNR and image quality of the sensors are badly influenced. In this project, radiation mechanism of semiconductor and important technical reports will be reviewed firstly to investigate the characteristics of dark-current amplitudes of pixels exposed to various radiation sources. Then dark-current amplitudes distributions models under complicated radiation environment will be founded based on two basic models: one is the Gaussian model (corresponding to the total-ionizing-dose-like radiation) and the other is exponential law (corresponding to the displacement-damage-dose-like radiation). Compared with modeling methods based on the types of incident particles, proposed methods give advantages that the models will be more transplantable in various radiation environments. Moreover, in order to deal with the dark-current degradation and improve the dynamic range as well as SNR of CMOS image sensors, a feedback system will be designed according to the dark-current amplitudes distribution models.
随着空间科学技术的发展,CMOS图像传感器作为重要的感知设备被广泛应用到空间探测、卫星姿态定位、航天拍摄、洲际导弹制导等科研及军事领域。然而,空间存在的各种辐射会对硅光电器件造成损伤,导致图像传感器像素平均暗电流增强,部分像素还会产生较高的暗电流峰值甚至出现失效,造成图像传感器的信噪比下降,成像质量严重受损。结合半导体辐射理论及文献研究,在对各种粒子入射下暗电流幅值特征进行分析的基础上,本项目将尝试通过仿真及辐照实验手段研究基于高斯分布(对应总剂量类辐射效应)及指数分布(对应移位损伤类辐射效应)两种基础分布模型建立复杂辐射环境下像素阵列的暗电流幅值分布模型。该方法特色在于基于辐射效应而非基于某种粒子对暗电流幅值分布进行建模,大大减小了建模的工作量并提高了模型的环境适用性。本项目还将依据模型设计动态范围调节及暗电流抑制系统,用于在空间辐射环境下提高图像传感器动态范围并抑制暗电流噪声。

结项摘要

空间环境中存在各种高能粒子,这些粒子入射到CMOS图像传感器中会使像素器件产生缺陷,引起图像传感器暗电流均值及其不一致性增强。在长期空间任务中,像素暗电流噪声在累积辐射剂量效应下发生的严重退化已成为制约CMOS图像传感器输出高信噪比图像的首要噪声问题。针对这一问题,在自然基金委的支持下,项目组结合空间辐射环境的特点,基于半导体物理损伤机理,开展了辐射效应下CMOS图像传感器暗电流特征的分析和研究,提出了一套暗电流幅值分布的建模理论和方法。该理论和方法为空间质子、电子辐射及混合辐射环境下,CMOS图像传感器暗电流噪声的评估提供了科学的指导和可量化的分析策略。项目成果进一步与经典噪声的分析方法结合,可以为特定任务轨道,特定任务期内CMOS图像传感器的信噪比建模提供理论支撑,实现CMOS图像传感器在轨使用寿命预测;且能够为高信噪比空间图像传感器的设计提供理论依据、地面辐射验证的空间环境模拟方案及性能评估方法。

项目成果

期刊论文数量(4)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(4)
专利数量(0)
A DC-coupling area-efficiency readout circuit for CdZnTe detectors
CdZnTe 探测器的直流耦合面积效率读出电路
  • DOI:
    10.1088/1748-0221/10/09/t09006
  • 发表时间:
    2015-09
  • 期刊:
    Journal of Instrumentation
  • 影响因子:
    1.3
  • 作者:
    Su, L.;Wei, X.;Zheng, R.;Hu, Y.
  • 通讯作者:
    Hu, Y.
A Real-time Auto-detection Method for Random Telegraph Signal (RTS) Noise Detection in CMOS Active pixel sensors
CMOS 有源像素传感器中随机电报信号 (RTS) 噪声检测的实时自动检测方法
  • DOI:
    10.1088/1748-0221/10/07/c07013
  • 发表时间:
    2015-07-01
  • 期刊:
    JOURNAL OF INSTRUMENTATION
  • 影响因子:
    1.3
  • 作者:
    Zheng, R.;Zhao, R.;Hu, Y.
  • 通讯作者:
    Hu, Y.
Development of a radiation-hardened SRAM with EDAC algorithm for fast readout CMOS pixel sensors for charged particle tracking
开发具有 EDAC 算法的抗辐射 SRAM,用于带电粒子跟踪的快速读出 CMOS 像素传感器
  • DOI:
    10.1088/1748-0221/9/08/p08001
  • 发表时间:
    2014-08
  • 期刊:
    Journal of Instrumentation
  • 影响因子:
    1.3
  • 作者:
    Gao, W.;Wei, T.;Gao, D.;Hu, Y.
  • 通讯作者:
    Hu, Y.
Development of a low-noise, 4th-order readout ASIC for CdZnTe detectors in gamma spectrometer applications
为伽马能谱仪应用中的 CdZnTe 探测器开发低噪声、四阶读出 ASIC
  • DOI:
    10.1016/j.nima.2016.04.041
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Wang Jia;Su Lin;Wei Xiaomin;Zheng Ran;Hu Yann
  • 通讯作者:
    Hu Yann

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自励式液冷电磁缓速器的数值模拟与实验研究
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    --
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    --
  • 作者:
    齐力;陈召;吴松;石宣化;郑然
  • 通讯作者:
    郑然

其他文献

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应用于辐射探测的低噪声、高精度、多通路时间甄别及数字化专用集成电路设计方法研究
  • 批准号:
    12375191
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  • 项目类别:
    面上项目

相似国自然基金

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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