中國報告大廳網(wǎng)訊，在2025年，圖像傳感器行業(yè)迎來了一項(xiàng)重要的技術(shù)突破，即利用CMOS圖像傳感器進(jìn)行重離子輻射探測。這項(xiàng)技術(shù)不僅為航天和核工業(yè)領(lǐng)域提供了低成本、高兼容性的輻射監(jiān)測解決方案，還為圖像傳感器的應(yīng)用拓展開辟了新的方向。本文將探討基于CMOS圖像傳感器的重離子輻射探測方法及其誤差分析，為相關(guān)領(lǐng)域的研究和應(yīng)用提供參考。

  一、圖像傳感器在重離子輻射探測中的應(yīng)用背景

  《2025-2030年中國圖像傳感器行業(yè)競爭格局及投資規(guī)劃深度研究分析報告》指出，CMOS圖像傳感器因其低噪聲、高動態(tài)范圍等特性，廣泛應(yīng)用于衛(wèi)星的光電成像載荷。然而，空間輻射效應(yīng)會導(dǎo)致其參數(shù)退化和缺陷像素增加，進(jìn)而影響圖像質(zhì)量。傳統(tǒng)的輻射探測器通常體積大、功耗高，難以應(yīng)用于衛(wèi)星和航天器。因此，利用CMOS圖像傳感器進(jìn)行輻射探測成為一種可行的替代方案。通過監(jiān)測CMOS圖像傳感器在輻射環(huán)境中的性能變化，可以評估輻射環(huán)境的粒子注量和輻射劑量等參數(shù)。

  二、圖像傳感器的重離子輻射探測試驗(yàn)

  (一)試驗(yàn)樣品與輻照條件

  試驗(yàn)樣品為一款正照式面陣CMOS圖像傳感器，采用4T-PPD像素結(jié)構(gòu)，像素大小為11μm×11μm，像素陣列規(guī)模為2040×2048。該傳感器對入射光和輻射粒子感生的電荷非常敏感。重離子輻照試驗(yàn)在哈爾濱工業(yè)大學(xué)空間環(huán)境地面模擬裝置(SESRI)上完成，選擇鉭(Ta)離子作為射線粒子，其線性能量傳輸(LET)值為86MeV·cm2/mg，入射角度為垂直于CMOS圖像傳感器正面。

  (二)輻照分區(qū)與數(shù)據(jù)采集

  CMOS圖像傳感器的像素陣列被分為四個區(qū)域，每個區(qū)域面積為10mm×10mm，包含約909×909像素。區(qū)域1至3分別進(jìn)行注量率為2×103、5×103、1×10?cm?2·s?1的重離子輻照，最大累積注量分別為2×10?、5×10?、1×10?cm?2。區(qū)域4作為對照組，不進(jìn)行輻照。通過部分重疊輻照的方法，獲取更多累積注量數(shù)據(jù)。試驗(yàn)期間，CMOS圖像傳感器正常工作，通過遠(yuǎn)程控制實(shí)時采集圖像數(shù)據(jù)。

  三、圖像傳感器對重離子注量率的探測

  (一)探測原理

  在重離子輻照期間，CMOS圖像傳感器的暗信號(平均灰度值)會因輻射引起的電離電荷而增加。暗信號是CMOS圖像傳感器采集到的最直觀數(shù)據(jù)，分析簡單快速，因此被選為探測參數(shù)。試驗(yàn)結(jié)果表明，暗信號與重離子注量率呈線性關(guān)系，且線性度較高(R2=0.9997)，表明CMOS圖像傳感器可以準(zhǔn)確探測重離子注量率。

  (二)誤差分析

  為了評估探測的準(zhǔn)確性，對暗信號、亮點(diǎn)數(shù)量和亮像素數(shù)量三個參數(shù)進(jìn)行了非線性誤差分析。結(jié)果顯示，暗信號和亮點(diǎn)數(shù)量的線性度較高(R2>0.98)，而亮像素數(shù)量的線性度較差。因此，暗信號和亮點(diǎn)數(shù)量是探測重離子注量率的最佳參數(shù)。

  四、圖像傳感器對重離子累積注量的探測

  (一)探測原理

  通過分析CMOS圖像傳感器在不同累積注量下的暗信號變化，可以評估其對重離子累積注量的響應(yīng)。試驗(yàn)結(jié)果表明，暗信號與累積注量具有很強(qiáng)的線性相關(guān)性(R2=0.9952)，表明CMOS圖像傳感器可以準(zhǔn)確探測重離子累積注量。

  (二)誤差分析

  除了暗信號外，還分析了暗信號非均勻性、噪聲和暗電流等參數(shù)。圖像傳感器行業(yè)現(xiàn)狀分析指出，暗信號非均勻性和暗電流與累積注量的線性度較好(R2>0.97)，而噪聲的線性度較差。因此，暗信號和暗信號非均勻性是探測重離子累積注量的最佳參數(shù)。

  五、總結(jié)

  2025年，圖像傳感器行業(yè)在重離子輻射探測技術(shù)方面取得了顯著進(jìn)展。通過CMOS圖像傳感器的重離子輻照試驗(yàn)，研究表明其對重離子注量率和累積注量具有良好的探測能力。暗信號、亮點(diǎn)數(shù)量、暗信號非均勻性和暗電流等參數(shù)在探測過程中表現(xiàn)出較高的線性度和靈敏度。這些發(fā)現(xiàn)不僅為圖像傳感器在航天和核工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用提供了理論和技術(shù)支撐，還為未來圖像傳感器的多功能化發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，圖像傳感器在輻射探測領(lǐng)域的應(yīng)用前景將更加廣闊。

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