TDI型CMOS圖像傳感器像素性能優(yōu)化.pdf

1、由于CMOS圖像傳感器與CCD圖像傳感器相比存在很大的優(yōu)勢,例如低功耗、低成本、數(shù)據(jù)隨機存儲以及高速成像等,使其市場占有份額大于CCD圖像傳感器。時間延遲積分型圖像傳感器是一種特殊的線陣圖像傳感器,但它優(yōu)于普通線陣圖像傳感器,以二維像素陣列結(jié)構(gòu)及動態(tài)掃描方式實現(xiàn)長的物體積分時間,提高了低照度環(huán)境下的光靈敏度和信噪比。時間延遲積分型圖像傳感器廣泛應(yīng)用于低照度環(huán)境下的物體探測領(lǐng)域,因此需要大的感光面積,低暗電流和高的電荷轉(zhuǎn)移效率。
　

2、　對應(yīng)用于時間延遲積分型CMOS圖像傳感中的大尺寸鉗位四管有源像素,本文針對像素電荷轉(zhuǎn)移和暗電流性能的提高進行了分析和優(yōu)化設(shè)計。對于大尺寸像素的電荷轉(zhuǎn)移問題,本文提出在 N埋層和傳輸柵兩處優(yōu)化電荷轉(zhuǎn)移。其中在N埋層處優(yōu)化電荷轉(zhuǎn)移包括兩方面,一方面是在N埋層內(nèi)插入P型層進行非均勻摻雜,另一方面是將光電二極管的版圖優(yōu)化為U型結(jié)構(gòu)。與傳統(tǒng)像素相比,兩方面優(yōu)化方案使電荷轉(zhuǎn)移效率分別提高了2倍和3.3倍,轉(zhuǎn)移時間也分別縮短到傳統(tǒng)像素結(jié)構(gòu)的26％和

3、30%左右。對傳統(tǒng)像素結(jié)構(gòu)進行兩方面同時優(yōu)化,使電荷轉(zhuǎn)移效率提高了9.5倍。對于傳輸柵的優(yōu)化則是改變傳輸柵的結(jié)構(gòu),在像素電荷轉(zhuǎn)移和積分期間加不同的工作電壓,達到提高電荷轉(zhuǎn)移效率的目的。通過仿真驗證可以得出,優(yōu)化后的傳輸柵結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)像素相比,電荷轉(zhuǎn)移時間縮短了88ns。對于暗電流性能的提高,本文針對像素淺溝槽隔離處和表面P型注入層處由于存在SI/SIO2界面態(tài)而產(chǎn)生的暗電流進行了優(yōu)化。并通過流片測試,分析對比了各處設(shè)計調(diào)整對減小暗電流的效