CMOS图像传感器光生电荷转移效率模拟研究

来源 :哈尔滨工程大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:dadiguilai
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随着CMOS工艺技术与设计水平的不断提高,CMOS图像传感器得到了迅速的发展,逐步克服了在灵敏度,填充因子,暗电流以及噪声等方面的不足。CMOS图像传感器是最为典型的固态图像传感器,其凭着低成本、低功耗、易于集成、制造工艺与CMOS工艺兼容等优势,在很多领域已逐步取代 CCD图像传感器,如今已广泛应用于数码影像、监控系统、医疗电子、航天航空等领域。在各个市场领域,CMOS图像传感器技术正在不断地改进与演变,其应用前景将会更加广阔。  PPD型4T有源像素是目前最主流的CMOS图像传感器像素结构。它在传统光电二极管基础上引入了P型钳位层,提高了像素单元对蓝光的吸收效率,减小了像素表面的暗电流。同时采用了相关双采样技术,消除了复位噪声,在很大程度上提高了成像性能。对于大尺寸的PPD型4T有源像素结构,由于PPD内部电势平坦,传输管沟道可能会存在电势垒和电势阱等问题,降低了光生电荷的转移效率,从而会导致图像拖尾。因此,对PPD型4T有源像素研究改进具有非常重要的意义。  本文针对存在的问题,利用Sentaurus TCAD仿真软件,对4T有源像素的PPD结构,传输管沟道电势分布进行了改进优化。首先,结合像素工艺制造流程,对PPD型4T有源像素结构进行工艺模拟和器件模拟。然后在工艺形成的PPD型4T有源像素结构基础上,提出了采用四层离子注入形成 PPD结构的优化方案,从而在PPD内部形成梯度电势分布,促进光生电荷的转移。在传输管沟道电势分布优化方面,分别采用了非均匀沟道掺杂,斜面栅氧化层和P+N+型掺杂栅极三种优化方案,验证了三种优化方案的可行性,最后对仿真结果进行了比较分析。
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