數(shù)字成像系統(tǒng)中CMOS光電二極管及相關電路的研究.pdf_第1頁
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文檔簡介

1、對于CMOS 圖像傳感器而言，其核心部分是光電轉換器件CMOS 光電二極管和與其相關的讀出電路，這兩個部分決定了整個芯片的主要性能。因此，研究這兩個方面對提高整個CMOS 圖像傳感器的性能有重要的理論和實際意義。本文介紹了CMOS 圖像傳感器件的結構、工作原理和國內(nèi)外發(fā)展，分析了影響其性能的因素。 在上述討論的基礎上，使用連續(xù)性方程和不同的邊界條件對CMOS 光電二極管建立了一維物理模型。代入普通CMOS 0.18μm 工藝參數(shù)

2、，在溫度為300K，反偏電壓為2.2V 條件下對幾種結構的二極管量子效率進行了模擬。其中考慮了表面復合速率，外延層厚度，P+襯底與P 外延同質結等因素對模擬結果的影響，模擬結果符合理論計算。表面復合速率越高，量子效率越小。同質結采用了一個新的邊界條件進行模擬，外延層越厚量子效率越大。用雙曲余切函數(shù)代替了傳統(tǒng)的擴散電流的表達式，代入普通CMOS 0.18μm 工藝對暗電流進行了模擬，并且考慮了溫度和反偏電壓對暗電流的影響，得出N+/P-e

3、pi 和N-well/P-epi 的暗電流最小，而P+/N-well 的暗電流最大。然后使用分段線性近似的方法對光電二極管光積分的非線性進行了模擬。結果顯示在光積分過程中存在著很明顯的非線性情況。 對傳統(tǒng)的三管有源像素單元進行了模擬，先后分析了在不同光照時輸出電壓的變化；換了PMOS 復位管后輸出電壓的變化；偏置晶體管寬長比對電路特性的影響。接著模擬了四管APS 的時序圖和輸出電壓，并與前面的三管單元進行了比較。簡單介紹了讀出電

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