CMOS图像传感器（CMOS Image Sensor，CIS）在空间光电探测领域获得了越来越广泛的应用。空间辐射环境作用于CIS可产生辐射损伤效应：电离总剂量效应、位移损伤、单粒子效应。目前，CIS电离总剂量效应的研究开展较多,而位移损伤研究开展相对较少，特别对于位移损伤导致的CIS热像素，还缺乏深入认识。然而，哈勃望远镜、美国中段探测试验卫星及NEOssat等卫星上都出现了空间位移损伤效应导致的CCD热像素，对卫星的光电探测性能产生了严重影响。因此，有必要针对位移损伤导致CIS热像素的规律与机理开展研究，从而可通过地面试验评估和预计CIS的空间环境适应性，并采取相应的应对措施，为CIS的空间应用提供科学依据与技术支撑。本文通过CIS的质子辐照试验及退火试验，研究了CMOS图像传感器在质子辐照下产生热像素的规律与机理。首先，基于目前光电成像器件位移损伤的研究方法，建立了针对CIS热像素的测试方法：先通过辐照前后器件暗场图像的采集与处理，获得位移损伤导致热像素的总体规律，然后分析单个热像素暗的变化规律，通过统计获得整体效应规律的同时，也可深入分析局部的规律与机理。针对CIS器件进行了3MeV和10MeV质子辐照实验。在实验过程中针对每种能量质子进行了多个注量点测试。辐照实验结束后，对器件进行常温退火实验，获得热像素随着时间的变化规律，对比不同辐照条件下热像素的退火规律。在实验结束后，根据不同能量质子对器件产生的影响，结合质子在半导体内部产生缺陷的理论分析，获得了不同缺陷产生的热像素的性质，并进行了对比。然后，对辐照后的CIS器件进行了等时的变温退火实验，获得了不同温度下器件热像素的变化规律，对照不同缺陷在不同温度下的表现，获得了不同能量质子导致的缺陷的组成。不同温度的退火也可以给空间应用提供一个减轻热像素影响的指导。此外，在测试的时候采用了变温测试，用以计算器件的激活能，从而判断是否存在电场增强效应。通过辐照实验，发现3MeV质子相对于10MeV质子能产生更多的热像素，但是产生的热像素亮度不如10MeV质子。而无论何种质子，产生的热像素数量都随着注量的提升呈线性增长。经过常温退火后，发现3MeV质子产生的热像素不如10MeV质子产生的温度。经过变温退火实验和变温测试，确定器件内的主要缺陷是空缺-磷原子对和E70，这个CIS器件不存在电场增强效应。