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1、------------------------------------------------------------------------------------------------激光对面阵CCD器件破坏的一种新机理 第17卷 第10期 2005年10月强激光与粒子束HIGHPOWERLASERANDPARTICLEBEAMSVol.17,No.10 Oct.,2005 文章编号: 100124322(2005)1021457204李文煜, 王金宝, 程湘爱, 陆启生(国防科学技术大学光电科学与工程学院,湖南长沙4
2、10073)3 摘 要: 用波长为1064nm、脉宽为5ms的激光辐照SONYICX055BL可见光硅CCD器件,实验中由图像采集卡采集得到相机的视频输出,同时用示波器检测ICX055BL的输出信号和垂直输出时钟信号。结果表明,在脉冲激光的辐照下,器件比较容易被破坏。研究中将器件作为一个功能整体,破坏机理分析不只局限于CCD的探测、电荷存储、电荷转移的MOS结构部分。结合实验结果和CCD器件的电路特点,初步判断该器件的破坏机理为电路破坏,脉冲激光所产生的信号电荷冲坏了复位的场效应管,使器件整体永久失效。 关键词: 脉冲激光
3、; 可见光CCD; 破坏机理; 电路; 场效应管 中图分类号: TN142; TN249 文献标识码: A 得益于高速发展的半导体制造工艺,30多年来,人们研制出多种系列、不同功能的CCD(chargecoupledde2vice)器件。对激光辐照CCD——————————————————————————————————————------------------------------------------------------------------------------------------------的研究
4、,已有大量的文献报道,报道中相当多的工作在于得到各种CCD的破坏阈值。文献[1]系统地收集了各种破坏阈值,其他文献从不同的侧重点报道了所进行的工作,如对激光破坏MOS[2]结构CCD的破坏阈值进行细分;测得热熔融阈值、光学击穿阈值、直接破坏阈值等结果,并对硬破坏过程进[3]行理论与实验研究;还有用狭缝照明成像的方法测量像元的点扩散函数,用刀口扫描的方法测量调制传递函数,用以评估面阵CCD局部成像质量的下降或性能的退化,从而确定其破坏机理,即时钟线间电阻减小,漏电流增大,由此改变时钟电压分布,从而降低CCD性能。如果激光辐照导致
5、时钟线短路,又由于CCD的信号电荷必须在时钟的驱动下才能输出,那么短路将使得器件彻底失效,对应的面阵和线阵CCD的点破坏机理[5,6]也已有详细的实验报道。 针对SONY公司的ICX055BL可见光硅CCD器件,在连续激光的辐照下,我们观测到器件的饱和“串音”、全屏饱和等现象,这些现象及其产生机理已被详细描述。而且当光斑偏移至芯片输出引线位置,辐照约10s后,器件被破坏,无信号输出,在显微镜下观察,发现引线焊点熔融脱落。我们对受波长1064nm、脉宽为5ms的脉冲激光破坏的CCD进行了多方面的研究,其破坏形貌为典型的“点破坏
6、”,器件永久失效。测试表明,其时钟线并没有短路,也没有断路,因此需从器件结构的其他方面寻求其破坏机理。[1,5～7][4]1 ——————————————————————————————————————------------------------------------------------------------------------------------------------实验及结果 实验装置如图1所示,激光器为YAG激光器,激光束经扩束镜扩束至约24mm,通过一系列衰减片后进入CCD相机的镜头,镜头焦距为
7、16mm,实验时石英玻璃镜头的F数设为1.2,石英玻璃对1064nm激光的透过率约为90%,Fig.1 Experimentalapparatusschematicdiagram激光束在CCD靶面上聚焦成像,用示波器记录图1 实验装置示意图CCD芯片ICX055BL第8脚的输出信号,同时用图像采集卡采集对应的相机的视频图像。 为了对比和理解采集到的实验数据,我们首先对一个很亮的场景成像,示波器和图像采集卡同时记录。从采集卡采集到的图像看,该图像大部分区域饱和,示波器记录的是该图像某一行的CCD输出,如图2所示。将图2中局部(
8、方框所示部分)放大,可得到随输出时钟变化的输出信号波形,如图3所示。用光电探测器型功率3收稿日期:2004204215; 修订日期:2005206220基金项目:国家863计划项目资助课题作者简介:李文煜(1970—),男,湖南冷水江人,博士生,高级工程师,从事气动光学、高
