衛星光通信論文：衛星光通訊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2中國空間技術研究院西安分院3

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空間環境中影響CTE特性的重要參數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、信號數據包大小、CCD的偏置狀態等等，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展開具體的討論分析。

不同輻射源對CTE的影響

空間環境中存在的可能對CCDCTE造成影響的粒子主要包括質子、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，對CTE影響較大的有質子、中子、電子等高能粒子。Norbert等人選取質子和中子作為輻射源，對XMM系統中工作于深耗盡狀態的PN結CCD進行了空間輻射特性測量，測量結果如圖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左右出現了CTI的極大值點，這對應著CCD的一個典型體缺陷，即A中心（或者叫氧空位缺陷），其對應的缺陷能級距離導帶約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；電子較質子對CCD造成了更大的位移損傷，其CTI較質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果表明，埋溝型CCD較表溝型CCD具有更高的電荷轉移效率以及空間抗輻射性能。根據溝道摻雜介質的不同可以分為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多產生雙空位（V－V）缺陷，而N溝道CCD則主要產生磷空位（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］。我們對已有實驗結果進行歸納總結，得到不同溝道CCD受質子輻照后CTI隨質子輻照注量的變化關系，如圖9所示。從圖中可以看出，在同樣的質子輻照條件下，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，作為衛星光通信系統的信標子系統，更應該傾向于選擇抗輻射性能較高的P溝道CCD。

不同偏置狀態對CTE的影響

正常工作狀態下的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，從而有效抑制表面暗電流以及缺陷的產生。由此可見，不同的偏置狀態對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下TCD1208BPCCD受10MeV質子輻照后電荷轉移效率CTE隨質子輻照注量的變化關系。從圖中可以看出，未偏置狀態的CCD較偏置狀態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論。依據這一特性，應該使光信標子系統中CCD在系統不工作時盡量處于非偏置狀態，這樣可以有效提高CCD系統的空間在軌運行性能和壽命。