數(shù)字成像系統(tǒng)中CMOS光電二極管及相關(guān)電路的研究.pdf

1、對(duì)于CMOS 圖像傳感器而言，其核心部分是光電轉(zhuǎn)換器件CMOS 光電二極管和與其相關(guān)的讀出電路，這兩個(gè)部分決定了整個(gè)芯片的主要性能。因此，研究這兩個(gè)方面對(duì)提高整個(gè)CMOS 圖像傳感器的性能有重要的理論和實(shí)際意義。本文介紹了CMOS 圖像傳感器件的結(jié)構(gòu)、工作原理和國(guó)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(chǔ)上，使用連續(xù)性方程和不同的邊界條件對(duì)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(duì)幾種結(jié)構(gòu)的二極管量子效率進(jìn)行了模擬。其中考慮了表面復(fù)合速率，外延層厚度，P+襯底與P 外延同質(zhì)結(jié)等因素對(duì)模擬結(jié)果的影響，模擬結(jié)果符合理論計(jì)算。表面復(fù)合速率越高，量子效率越小。同質(zhì)結(jié)采用了一個(gè)新的邊界條件進(jìn)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(kuò)散電流的表達(dá)式，代入普通CMOS 0.18μm 工藝對(duì)暗電流進(jìn)行了模擬，并且考慮了溫度和反偏電壓對(duì)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(duì)光電二極管光積分的非線性進(jìn)行了模擬。結(jié)果顯示在光積分過(guò)程中存在著很明顯的非線性情況。 對(duì)傳統(tǒng)的三管有源像素單元進(jìn)行了模擬，先后分析了在不同光照時(shí)輸出電壓的變化；換了PMOS 復(fù)位管后輸出電壓的變化；偏置晶體管寬長(zhǎng)比對(duì)電路特性的影響。接著模擬了四管APS 的時(shí)序圖和輸出電壓，并與前面的三管單元進(jìn)行了比較。簡(jiǎn)單介紹了讀出電