Étude du comportement des capteurs d'images CCD commerciaux en ambiance spatiale

Study of the behaviour of commercial CCDs images sensors in a space environment

• Auteur / Autrice : Thierry Nuns
• Direction : Marc Lescure
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Électronique spatiale
• Date : Soutenance en 2002
• Etablissement(s) : Toulouse, ENSAE

Mots clés

Mots clés contrôlés

Neutrons

Protons

Environnement spatial

Irradiation

Circuits à couplage de charge

Capteurs CCD

Mots clés libres

Guérison

Dose

Résumé

Nous avons étudié le comportement de capteurs d'images CCD commerciaux sous contrainte radiative spatiale. L'objectif est de comparer la dégradation des paramètres sensibles de ces composants à celle observée sur des CCD durcis. Il apparaît que la densité de courant d'obscurité des CCD commerciaux est sensible à la dose cumulée. Pour des doses jusqu'à 200 Gy(Si), il s'agit même de la principale source de dégradation des capteurs. La charge d'oxyde est en grande partie responsable de ce comportement, comme le montre la guérison partielle du courant d'obscurité lors d'un recuit à 100°C. Il est montré que cette charge agit principalement dans les oxydes d'isolation, en mettant la surface du semiconducteur en inversion, constituant ainsi un transistor parasite. L'activation thermique de ces courants de fuite est mise en évidence par des simulations numériques, rejoignant ainsi les observations expérimentales. L'évolution du courant d'obscurité après exposition à des particules responsables de la création de défauts (protons et neutrons) est bien expliquée par les contributions des interactions élastiques (aux protons) et inélastiques. La dose cumulée aux protons apporte une contribution supplémentaire à la dégradation moyenne. Notons également l'apparition de pixels présentant un fort signal RTS et l'augmentation de l'inefficacité de transfert. Dans un contexte d'assurance durcissement, ce travail permet de mieux appréhender les points importants pour une bonne estimation de la dégradation en vue d'une utilisation spatiale. On retiendra en particulier le rôle prédominant des courants de fuite, qui perturbent directement l'estimation des autres paramètres critiques des CCD, comme le facteur de conversion ou l'inefficacité de transfert. Ce comportement se distingue des CCD durcis. Une caractérisation en dose cumulée des capteurs commerciaux s'avère indispensable, ainsi que l'estimation du nombre de pixels fortement dégradés et du risque de RTS lors d'effets non ionisants.