卫星光通信论文：卫星光通讯CCD辐射特征探究

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本文作者：侯睿1赵尚弘1幺周石2胥杰3吴继礼3李勇军1占生宝1作者单位：1空军工程大学2中国空间技术研究院西安分院3

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空间环境中影响CTE特性的重要参数包括辐射源粒子注量（辐射强度）、温度、ccd的类型以及掺杂情况、信号数据包大小、CCD的偏置状态等等，这里主要针对不同辐射源、不同沟道类型以及不同偏置状态展开具体的讨论分析。

不同辐射源对CTE的影响

空间环境中存在的可能对CCDCTE造成影响的粒子主要包括质子、电子、中子、x射线、γ射线以及各种重离子。x射线和γ射线主要造成CCD器件的电离损伤效应，对CTE影响较大的有质子、中子、电子等高能粒子。Norbert等人选取质子和中子作为辐射源，对XMM系统中工作于深耗尽状态的PN结CCD进行了空间辐射特性测量，测量结果如图8所示［13］。从图中可以看出，CCD的CTI特性具有较强的温度依赖性，并且在120K左右出现了CTI的极大值点，这对应着CCD的一个典型体缺陷，即A中心（或者叫氧空位缺陷），其对应的缺陷能级距离导带约0．17eV；CTI的量级较地面实验要小得多，这主要是因为空间中的粒子注量比实验中要小得多，并且在轨运行中的CCD器件增加了屏蔽层，大大提高了CCD的抗辐射性能；电子较质子对CCD造成了更大的位移损伤，其CTI较质子高约一个量级左右。由此可见，不同的辐射源可以对CCD的电荷转移效率造成不同的影响。

不同沟道CCD对CTE的影响

大量的实验和理论研究结果表明，埋沟型CCD较表沟型CCD具有更高的电荷转移效率以及空间抗辐射性能。根据沟道掺杂介质的不同可以分为P沟道和N沟道两种类型，受空间高能粒子辐照后，P沟道CCD多产生双空位（V－V）缺陷，而N沟道CCD则主要产生磷空位（P－V）缺陷。在某些情况下，P沟道CCD的空间抗辐射性能要优于N沟道CCD。已有研究大多针对某种沟道CCD的空间辐射特性展开，少有对两种沟道CCD的对比分析［14］。我们对已有实验结果进行归纳总结，得到不同沟道CCD受质子辐照后CTI随质子辐照注量的变化关系，如图9所示。从图中可以看出，在同样的质子辐照条件下，P沟道CCD的CTI劣化较小，这主要是因为双空位缺陷对CTE的影响较小，在大多数情况下，磷空位缺陷（E中心）是CCD器件体缺陷的决定因素。由此可见，作为卫星光通信系统的信标子系统，更应该倾向于选择抗辐射性能较高的P沟道CCD。

不同偏置状态对CTE的影响

正常工作状态下的CCD需要施加一定的偏置电压，如果施加了反偏电压则有可能在CCD界面形成反型状态，从而有效抑制表面暗电流以及缺陷的产生。由此可见，不同的偏置状态对CCD的空间辐射特性存在一定的影响。图10给出了在偏置和未偏置状态下TCD1208BPCCD受10MeV质子辐照后电荷转移效率CTE随质子辐照注量的变化关系。从图中可以看出，未偏置状态的CCD较偏置状态具有较高的空间抗辐射性能。这可能是因为电子、空穴在未偏置状态下活跃度不高，因而具有较小的跃迁概率，其具体物理机制尚无明确的结论。依据这一特性，应该使光信标子系统中CCD在系统不工作时尽量处于非偏置状态，这样可以有效提高CCD系统的空间在轨运行性能和寿命。