专利名称：改善CMOS数字图像传感器成像质量的γ射线辐照方法
技术领域：
一种改善CMOS数字图像传感器成像质量的γ射线辐照方法属于图像传感器技术和粒子辐照方法领域。
本发明的特征在于辐照温度为室温，辐照剂量为40～120Krad(Si)；在γ射线辐照后进行退火，退火温度为室温至100℃，退火时间为40分钟至15天，其退火时间随着退火温度的升高而减少，气氛为空气。对于彩色CMOS图像传感器而言，辐照剂量小于60Krad(Si)为宜。
使用证明它达到了预期目的。
1a，未辐照；1b，用100Krad(Si)γ射线剂量辐照；1c，用100Krad(Si)γ射线剂量辐照并在室温放置10天。
图2是γ射线辐照并在室温放置10天后的黑白CMOS数字图像传感器暗输出图像不均匀度随辐照剂量横轴的变化曲线。
图3是彩色CMOS数字图像传感器动态范围参数纵轴随γ射线辐照剂量横轴的变化曲线。
图4是γ射线辐照并在室温放置7天后的彩色CMOS数字图像传感器动态范围参数纵轴随辐照剂量横轴的变化曲线。
图5是40和60Krad(Si)γ射线剂量辐照后的彩色CMOS数字图像传感器输出图像与未辐照时的比较。
5a，未辐照；5b，用40Krad(Si)γ射线剂量辐照；5c，用60Krad(Si)γ射线剂量辐照。
图6是20和40Krad(Si)γ射线剂量辐照并在室温放置7天后的彩色CMOS数字图像传感器输出图像比较。
6a，未辐照；6b，用20Krad(Si)γ射线剂量辐照并在室温放置7天；6c，用40Krad(Si)γ射线剂量辐照并在室温放置7天。
暗输出不均匀性NUD是系统在无光照情况下各像元亮度数据的标准差与其平均值的比值，有NUD=1VmD1NΣi=1N(ViD-VmD)2]]>其中N是像元数目，VmD是系统在无光照情况下各像元亮度数据的平均值，VmD=1NΣi=1NViD,]]>ViD是各像元亮度数据。
动态范围表征器件探测光信号大小的相对范围，定义为饱和曝光量与噪声等效曝光量的比值。
实施例1一种黑白CMOS数字图像传感器，采用的γ射线剂量率为1.25 Krad(Si)/min时，在不大于60 Krad(Si)γ射线剂量辐照后的输出图像清晰度较好。在辐照剂量大于80Krad(Si)时，输出图像的清晰度变差。但是用100 Krad(Si)γ射线剂量辐照并在室温放置10天后的器件暗输出图像的清晰度变得最好，如
图1所示。
未辐照时黑白CMOS数字图像传感器的暗输出图像的不均匀性为33％。在以1.25Krad(Si)/min的剂量率，80Krad(Si)剂量γ射线辐照并在室温放置10天时器件暗输出图像的不均匀性仍然很大，约30％左右；在100Krad(Si)剂量辐照并在室温放置10天时器件暗输出图像的不均匀性明显减小，为11％，仅为未辐照器件的1/3，不均匀性明显改善，如前所述，此时成像清晰度也最好。黑白CMOS数字图像传感器的暗输出不均匀性参数随γ射线辐照剂量的变化如下剂量(Krad)0 40 60 80 100 120 140 160 180NUD(％) 33 32 31 29 11 17 14 15 13综合影响成像质量的其他因素考虑，辐照剂量以40～120Krad(Si)为好，见图2。本方法对不均匀性较大的CMOS数字图像传感器成像质量的改善效果十分明显，可提高优级品率，也可把不均匀性大而不能出厂的CMOS图像传感器变成合格产品，大幅度提高成品率。目视γ射线辐照黑白CMOS图像传感器在室温下放置后的成像比刚辐照后测量的图像明显变好。它反映了一部分γ射线辐照致点缺陷和氧化物电荷在室温下退火消除。再在室温下放置10天，图像质量变化不明显。在高于室温下退火，退火时间可以大大缩短。
100℃退火，退火时间为40分钟，可以获得在室温放置10天后的效果，退火后的CMOS数字图像传感器在室温使用时性能稳定。
实施例2一种彩色CMOS数字图像传感器未辐照时的输出图像的动态范围参数为140∶1。
图3给出了彩色CMOS数字图像传感器动态范围参数随γ射线辐照剂量变化的曲线。在60Krad(Si)剂量以下γ射线辐照动态范围增大。在20、40和60Krad(Si)剂量辐照时，动态范围分别为240∶1，205∶1和214∶1。
图4是γ射线辐照彩色CMOS数字图像传感器在室温放置7天后的动态范围参数随辐照剂量变化的曲线。辐照并在室温放置7天后，在20、40和60Krad(Si)剂量辐照时动态范围增大，分别为197∶1、232∶1和167∶1。
动态范围的增大反映了彩色CMOS数字图像传感器噪声的明显下降，器件这时捕获的图像其清晰度也最好，如图5～图6所示。
由此可见，本发明提出的γ射线辐照方法可改善黑白和彩色CMOS数字图像传感器的成像质量，有助于大幅度提高产品的成品率和优级品率。
权利要求
1.一种改善CMOS数字图像传感器成像质量的γ射线辐照方法。其特征在于辐照温度为室温，辐照剂量为40～120Krad(Si)；在γ射线辐照后进行退火，退火温度为室温至100℃，退火时间为40分钟至15天，其退火时间随着退火温度的升高而减少，气氛为空气。
2.根据权利要求1的改善CMOS数字图像传感器成像质量的γ射线辐射方法，其特征在于对于彩色CMOS图像传感器而言，辐照剂量小于60Krad(Si)为宜。
全文摘要
改善数字CMOS数字图像传感器图像质量用的辐照方法属于图像传感器技术和粒子辐照方法领域。其特征在于:辐照温度为室温,辐照剂量为40～120Krad(Si);在γ射线辐照后进行退火,退火温度为室温至100℃,退火时间为40分钟至15天,退火时间随退火温度的升高而减小,气氛为空气。对于彩色CMOS图像传感器而言,同样在室温下辐照;辐照剂量不大于60Krad(Si)为宜。它对于不均匀性较大的CMOS数字图像传感器成像质量的改善效果十分明显,可提高优级品率,也可把不均匀性大而不能出厂的CMOS数字图像传感器变成合格产品,大大提高产品成品率。
文档编号H01L21/02GK1354498SQ0114458
公开日2002年6月19日 申请日期2001年12月21日 优先权日2001年12月21日
发明者孟祥提, 康爱国 申请人:清华大学