衛(wèi)星光通信論文：衛(wèi)星光通訊CCD輻射特征探究

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本文作者：侯睿1趙尚弘1幺周石2胥杰3吳繼禮3李勇軍1占生寶1作者單位：1空軍工程大學(xué)2中國空間技術(shù)研究院西安分院3

空軍第二飛行學(xué)院

空間環(huán)境中影響CTE特性的重要參數(shù)包括輻射源粒子注量（輻射強度）、溫度、ccd的類型以及摻雜情況、信號數(shù)據(jù)包大小、CCD的偏置狀態(tài)等等，這里主要針對不同輻射源、不同溝道類型以及不同偏置狀態(tài)展開具體的討論分析。

不同輻射源對CTE的影響

空間環(huán)境中存在的可能對CCDCTE造成影響的粒子主要包括質(zhì)子、電子、中子、x射線、γ射線以及各種重離子。x射線和γ射線主要造成CCD器件的電離損傷效應(yīng)，對CTE影響較大的有質(zhì)子、中子、電子等高能粒子。Norbert等人選取質(zhì)子和中子作為輻射源，對XMM系統(tǒng)中工作于深耗盡狀態(tài)的PN結(jié)CCD進行了空間輻射特性測量，測量結(jié)果如圖8所示［13］。從圖中可以看出，CCD的CTI特性具有較強的溫度依賴性，并且在120K左右出現(xiàn)了CTI的極大值點，這對應(yīng)著CCD的一個典型體缺陷，即A中心（或者叫氧空位缺陷），其對應(yīng)的缺陷能級距離導(dǎo)帶約0．17eV；CTI的量級較地面實驗要小得多，這主要是因為空間中的粒子注量比實驗中要小得多，并且在軌運行中的CCD器件增加了屏蔽層，大大提高了CCD的抗輻射性能；電子較質(zhì)子對CCD造成了更大的位移損傷，其CTI較質(zhì)子高約一個量級左右。由此可見，不同的輻射源可以對CCD的電荷轉(zhuǎn)移效率造成不同的影響。

不同溝道CCD對CTE的影響

大量的實驗和理論研究結(jié)果表明，埋溝型CCD較表溝型CCD具有更高的電荷轉(zhuǎn)移效率以及空間抗輻射性能。根據(jù)溝道摻雜介質(zhì)的不同可以分為P溝道和N溝道兩種類型，受空間高能粒子輻照后，P溝道CCD多產(chǎn)生雙空位（V－V）缺陷，而N溝道CCD則主要產(chǎn)生磷空位（P－V）缺陷。在某些情況下，P溝道CCD的空間抗輻射性能要優(yōu)于N溝道CCD。已有研究大多針對某種溝道CCD的空間輻射特性展開，少有對兩種溝道CCD的對比分析［14］。我們對已有實驗結(jié)果進行歸納總結(jié)，得到不同溝道CCD受質(zhì)子輻照后CTI隨質(zhì)子輻照注量的變化關(guān)系，如圖9所示。從圖中可以看出，在同樣的質(zhì)子輻照條件下，P溝道CCD的CTI劣化較小，這主要是因為雙空位缺陷對CTE的影響較小，在大多數(shù)情況下，磷空位缺陷（E中心）是CCD器件體缺陷的決定因素。由此可見，作為衛(wèi)星光通信系統(tǒng)的信標(biāo)子系統(tǒng)，更應(yīng)該傾向于選擇抗輻射性能較高的P溝道CCD。

不同偏置狀態(tài)對CTE的影響

正常工作狀態(tài)下的CCD需要施加一定的偏置電壓，如果施加了反偏電壓則有可能在CCD界面形成反型狀態(tài)，從而有效抑制表面暗電流以及缺陷的產(chǎn)生。由此可見，不同的偏置狀態(tài)對CCD的空間輻射特性存在一定的影響。圖10給出了在偏置和未偏置狀態(tài)下TCD1208BPCCD受10MeV質(zhì)子輻照后電荷轉(zhuǎn)移效率CTE隨質(zhì)子輻照注量的變化關(guān)系。從圖中可以看出，未偏置狀態(tài)的CCD較偏置狀態(tài)具有較高的空間抗輻射性能。這可能是因為電子、空穴在未偏置狀態(tài)下活躍度不高，因而具有較小的躍遷概率，其具體物理機制尚無明確的結(jié)論。依據(jù)這一特性，應(yīng)該使光信標(biāo)子系統(tǒng)中CCD在系統(tǒng)不工作時盡量處于非偏置狀態(tài)，這樣可以有效提高CCD系統(tǒng)的空間在軌運行性能和壽命。