空间辐射诱发PPD CMOS图像传感器信号转移损失的物理机制研究

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    11875223
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    60.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    A3001.粒子束与物质相互作用
  • 结题年份:
    2022
  • 批准年份:
    2018
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2019-01-01 至2022-12-31

项目摘要

The CMOS image sensors used in space satellites are the key devices of the capability in space surveillance, attacking, and situation awareness. However, the CMOS image sensors are very sensitive to the space radiation damage, which can even induce the CMOS image sensors to be functional failure. It has become one of the key technique bottleneck problems on high reliable and long life operation of long term spacecraft in orbit. With the implementations of the “manned space flight project” and “high resolution earth observation project” and the requirements of the imaging of high resolution and large arrays, high frame rate output, and the real time signal feedback, the problems of the charge transfer loss of PPD CMOS image sensors induced by space radiation are becoming increasingly prominent. However, the researches of theories and experiments about these problems are lacked. This project will plan to research the physics mechanisms on the charge transfer loss of 0.18 μm PPD CMOS image sensors induced by space radiation in depth. The experiments of the PPD CMOS image sensors irradiated by the accelerator protons, the reactor neutrons, and the 60Co γ rays will be carried out separately. By combining the radiation experiments with the simulations of radiation damage, the transportion simulation of the radiation particles, and the on-orbit images, the physics mechanisms on the charge transfer loss of 0.18 μm PPD CMOS image sensors induced by space radiation are researched in depth. It will provide the basis of the theories and experimental techniques for ensuring the orbital function and radiation hardening techniques of the PPD CMOS image sensors.
星载CMOS图像传感器是遂行空间监视、攻防和态势感知能力的核心器件。然而,其对空间辐射损伤特别敏感,严重时甚至出现功能失效,已成为制约我国航天装备型号在轨高可靠、长寿命运行的关键技术瓶颈之一。随着“载人航天工程”、高分辨率对地观测工程”等重大航天工程的实施,在轨高分辨率大阵列成像、高帧频输出、实时信号反馈等需求牵引,空间辐射诱发大阵列PPD CMOS图像传感器的信号转移损失问题日益突出,但目前国内外均缺少深入的实验和理论研究,本项目拟以航天广泛应用的0.18 μm工艺大阵列PPD CMOS图像传感器为研究对象,通过开展加速器质子、反应堆中子、伽马射线等地面模拟辐照实验、仿真模拟、辐射粒子输运模拟计算,并结合在轨成像数据分析,深入揭示空间辐射诱发PPD CMOS图像传感器信号转移损失的物理机制,为保障我国中长期航天器成像系统在轨效能发挥及抗空间辐射加固技术研究提供理论基础和实验技术支持。

结项摘要

星载CMOS图像传感器是遂行空间态势感知能力的核心器件。然而,其对空间辐射损伤特别敏感,严重时甚至出现功能失效,已成为制约我国航天装备型号在轨高可靠、长寿命运行的关键技术瓶颈之一。随着在轨高分辨率大阵列成像、高帧频输出、实时信号反馈等需求牵引,空间辐射诱发大阵列PPD CMOS图像传感器的信号转移损失问题日益突出。本项目以航天广泛应用的0.18 μm工艺大阵列PPD CMOS图像传感器为研究对象,深入开展了空间辐射诱发PPD CMOS图像传感器信号转移损失的物理机制研究。通过开展PPD CMOS图像传感器质子、中子和γ辐照损伤效应实验及不同偏置条件下的测试;分析了质子、中子和γ辐照效应在PPD像元与TG耦合转移间引起信号损失的实验规律;建立了PPD CMOS图像传感器的器件物理模型和空间辐射效应模型,仿真模拟了空间辐射诱发的势垒和势阱引起PPD CMOS图像传感器的信号转移损失,结合辐照实验、仿真模拟和辐射粒子输运理论计算,深入揭示了空间辐射诱发产生的势垒和势阱在PPD像元与TG耦合转移时引起信号损失的物理机制,提出了空间辐射诱发信号转移损失的抑制原理及评估方法。依托本项目研究成果建立的CMOS图像传感器辐照效应实验方法已应用于“CMOS图像传感器空间辐射效应地面模拟试验方法”国家军用标准的制定。本项目取得的研究成果为国产PPD CMOS图像传感辐射加固设计提供了理论指导和试验支持,为保障我国中长期航天器成像系统在轨效能发挥及PPD CMOS图像传感器空间辐射损伤效应预估和抗辐射加固技术研究提供理论基础和实验技术支持。

项目成果

期刊论文数量(27)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(4)
专利数量(12)
Radiation effects in backside-illuminated CMOS image sensors irradiated by high energy neutrons at CSNS-WNS
CSNS-WNS 高能中子辐照背照式 CMOS 图像传感器的辐射效应
  • DOI:
    10.1016/j.nima.2021.166154
  • 发表时间:
    2021-12
  • 期刊:
    Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Zujun Wang;Yuanyuan Xue;Wei Chen;Xiaoqiang Guo;Xie Yang;Tongxuan Jia;Xu Nie;Shankun Lai;Gang Huang;Zhibin Yao;Baoping He;Jiangkun Sheng;Wuying Ma;Guantao Dong
  • 通讯作者:
    Guantao Dong
半导体激光器辐照损伤效应实验研究进展
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    半导体光电
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    王祖军;宁浩;薛院院;徐瑞;焦仟丽;刘敏波;姚志斌;马武英;盛江坤;董观涛
  • 通讯作者:
    董观涛
GaInP/GaAs/Ge三结太阳电池不同能量质子辐照损伤模拟
  • DOI:
    10.7498/aps.69.20191878
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    物理学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    李俊炜;王祖军;石成英;薛院院;宁浩;徐瑞;焦仟丽;贾同轩
  • 通讯作者:
    贾同轩
Charge transfer inefficiency increase of the CCD detector induced by proton and neutron irradiations
质子和中子辐照引起的 CCD 探测器电荷转移效率低下的增加
  • DOI:
    10.1016/j.nima.2020.164431
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Zujun Wang;Yuanyuan Xue;Rui Xu;Hao Ning;Qianli Jiao;Junwei Li;Lili Ding;Tongxuan Jia
  • 通讯作者:
    Tongxuan Jia
Evaluating electron induced degradation of triple-junction solar cell by numerical simulation
通过数值模拟评估三结太阳能电池的电子诱导退化
  • DOI:
    10.1007/s11801-021-0107-5
  • 发表时间:
    2021-05
  • 期刊:
    Optoelectronics Letters
  • 影响因子:
    0.9
  • 作者:
    Junwei Li;ZujunWang;Yuanyuan Xue;Chengying Shi;HaoNing;Rui Xu
  • 通讯作者:
    Rui Xu

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其他文献

电离辐照诱发面阵电荷耦合器暗信号增大试验
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2014
  • 期刊:
    中国空间科学技术
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    王祖军;罗通顶;杨少华;刘敏波;盛江坤
  • 通讯作者:
    盛江坤
质子辐照下4T CMOS图像传感器满阱容量退化模拟研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    现代应用物理
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    杨勰;王祖军;尚爱国;霍勇刚;薛院院;贾同轩;焦仟丽
  • 通讯作者:
    焦仟丽
4H-SiC结势垒肖特基二极管 电子辐照效应测试分析
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    现 代 应 用 物 理
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    刘超铭;肖一平;王天琦;张庆豪;王祖军;李何依;冯绍辉;齐春华;张延清;马国亮;霍明学
  • 通讯作者:
    霍明学
离线式电离辐照面阵CCD测试系统
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
    光电工程
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    罗通顶;杨少华;王祖军;李刚;郭明安;严明
  • 通讯作者:
    严明

其他文献

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王祖军的其他基金

CCD、CIS、LED等新型光电器件辐射损伤机理及判定方法研究
  • 批准号:
  • 批准年份:
    2021
  • 资助金额:
    257 万元
  • 项目类别:
    联合基金项目
CMOS APS图像传感器辐照效应实验及损伤机理研究
  • 批准号:
    11305126
  • 批准年份:
    2013
  • 资助金额:
    30.0 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目

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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