20世纪80年代以前，CCD图像传感器在市场中占据绝对优势。随着半导体技术的快速发展，尤其是CMOS工艺特征尺寸的不断缩小，CMOS图像传感器的各项性能不断提高。CMOS图像传感器在不断借鉴CCD图像传感器结构的同时，也正在利用自身优势，向低成本，高兼容性和片上集成系统的方向发展。借鉴于CCD图像传感器的PPD型4T像素结构已成为CMOS图像传感器的主流像素结构之一，基于CMOS工艺对PPD型4T像素进行优化已成为研究的热点。本文首先介绍了CMOS图像传感器进行光电转换的原理，分析和对比了三种主流的CMOS图像传感器像素结构。之后，结合标准CMOS工艺，详述了PPD型4T像素主要结构的工艺形成制程。进而在工艺形成的PPD型4T像素主要结构的基础上针对像素的光收集效率以及电荷转移效率提出了改进方案，利用仿真软件进行了特性仿真验证。在PPD的光收集效率方面，对比了通过两次N型杂质注入增加PPD中N掺杂区的方案和通过两次N型杂质注入一次P型杂质注入形成PPD多结的方案，证明了两种方案对光收集效率的提升。在PPD的电荷转移效率方面，通过增加电势垒处N掺杂浓度的方法，优化了PPD的电势，加速了电荷转移速度。在电荷转移时对沟道的优化方面，通过调整栅氧化层厚度和电势垒处沟道的掺杂浓度，形成了沟道内梯度的电势变化，进一步提高了电荷转移效率。最后，对辐射环境中单粒子入射PPD型4T像素不同位置时的影响进行了仿真，分析了产生影响的原理，对今后进行像素的抗辐射加固工作具有一定的指导意义。