高速大像素CMOS图像传感器中钳位光电二极管形状设计的研究进展

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作者 张文轩 程正喜 《半导体技术》 CAS 北大核心 2024年第6期514-523,共10页

采用钳位光电二极管(PPD)的CMOS图像传感器,由于其优异的性能,已成为图像传感领域中占主导地位的技术。然而,更大尺寸PPD的应用在电荷传输速度和效率方面存在挑战,特别是在微光、高速探测的场景中,传统的像素设计难以满足必要的性能标... 采用钳位光电二极管(PPD)的CMOS图像传感器,由于其优异的性能,已成为图像传感领域中占主导地位的技术。然而,更大尺寸PPD的应用在电荷传输速度和效率方面存在挑战,特别是在微光、高速探测的场景中,传统的像素设计难以满足必要的性能标准。一种有效的方法是通过PPD的形状设计来提升大像素性能。首先全面概述了产生PPD横向电场的两种机制:边缘电场设计和钳位电压调制,并探讨了基于这两种设计策略的各种设计改进。然后总结了传输栅-浮空扩散(TG-FD)节点收集结构及像素整体布局优化的相关研究进展。此外,还研究了PPD的形状设计对暗电流的影响。通过全面分析PPD形状设计中采用的方法,为提升大像素设计提供了参考。 展开更多

关键词 cmos图像传感器 大尺寸像素 横向电场 电荷转移 暗电流

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光电二极管有源像素CMOS图像传感器固定模式噪声分析 被引量：6

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作者 张生才 董博彦 徐江涛 《传感技术学报》 CAS CSCD 北大核心 2005年第4期798-801,共4页

在研究有源像素工作机理和制作工艺的基础上,分析了固定模式噪声的产生机制以及对输出信号的影响,建立了噪声产生模型,得出了噪声影响的定量计算的公式。提出了通过优化电路和版图设计抑制电路固定模式噪声的方法。对于无法通过电路设... 在研究有源像素工作机理和制作工艺的基础上,分析了固定模式噪声的产生机制以及对输出信号的影响,建立了噪声产生模型,得出了噪声影响的定量计算的公式。提出了通过优化电路和版图设计抑制电路固定模式噪声的方法。对于无法通过电路设计消除的噪声,提出了双采样电路抑制方法。研究结果对于设计低噪色有源像素具有指导意义。 展开更多

关键词 像素 固定模式噪声 有源像素传感器 cmos图像传感器 失调

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CMOS有源像素图像传感器的电子辐照损伤效应研究 被引量：4

3

作者 玛丽娅 李豫东 +3 位作者 郭旗 刘昌举 文林 汪波 《发光学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第2期182-187,共6页

对某国产CMOS图像传感器进行了两种不同能量的电子辐照试验,在辐照前后及退火过程中采用离线测量方法,考察了暗信号、饱和电压、光谱响应特性等参数,分析了器件的电子辐照效应损伤机理。结果表明:暗信号和暗信号非均匀性都随着辐照剂量... 对某国产CMOS图像传感器进行了两种不同能量的电子辐照试验,在辐照前后及退火过程中采用离线测量方法,考察了暗信号、饱和电压、光谱响应特性等参数,分析了器件的电子辐照效应损伤机理。结果表明:暗信号和暗信号非均匀性都随着辐照剂量的增加及高温退火时间的延长而增大;饱和电压在两种能量电子辐照下均出现较大幅度的减小,并在高温退火过程中有所恢复;光谱响应特性无特别明显变化。经分析,暗电流、饱和电压的变化主要由辐照诱发的氧化物陷阱电荷导致的光敏二极管耗尽层展宽和界面陷阱电荷密度增大导致产生-复合中心的增加所引起。 展开更多

关键词 电子辐照 cmos有源像素传感器 暗信号

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一种基于新颖的CMOS有源像素图像传感器的微型星敏感器成像系统的实现方法 被引量：4

4

作者 王彦 袁家虎 兰荣清 《量子电子学报》 CAS CSCD 北大核心 2001年第B12期16-19,共4页

下一代星敏感器将向着小型化、低成本、低功耗的方向发展，以往的基于 ＣＣＤ图像传感器的成像系统由于受自身因素的制约，难以满足其发展需求．文中介绍了一种基于新颖的ＣＭＯＳ有源像素图像传感器的ＵＳＢ数字成像系统的设计实现，... 下一代星敏感器将向着小型化、低成本、低功耗的方向发展，以往的基于 ＣＣＤ图像传感器的成像系统由于受自身因素的制约，难以满足其发展需求．文中介绍了一种基于新颖的ＣＭＯＳ有源像素图像传感器的ＵＳＢ数字成像系统的设计实现，通过对实现的系统模型进行测试和分析，得出结论：即基于 ＣＭＯＳ有源图像传感器的成像系统完全有能力作为下一代星敏感器的光电探测器件，从而为微型星敏感器成像系统的实现提供了一种切实可行的方案． 展开更多

关键词 微型星敏感器 电荷耦合器件 cmos有源图像传感器 数字成像系统

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基于大动态范围CMOS图像传感器对数有源像素一种新的FPN抑制技术(英文) 被引量：1

5

作者 刘激扬 姚素英 +4 位作者 赵毅强 张为 张生才 李树荣 徐江涛 《传感技术学报》 CAS CSCD 北大核心 2005年第4期790-793,共4页

对数模式的CMOS图像传感器提供了大动态范围(大约120dB)。在对数图像传感器设计中缺少简单的消除FPN的方法。采用对数模式的CMOS图像传感器获得了比线性APS大的动态范围。在对数模式传感器中采用了一种新的FPN抑制技术。即在对数像素中... 对数模式的CMOS图像传感器提供了大动态范围(大约120dB)。在对数图像传感器设计中缺少简单的消除FPN的方法。采用对数模式的CMOS图像传感器获得了比线性APS大的动态范围。在对数模式传感器中采用了一种新的FPN抑制技术。即在对数像素中增加一个开关晶体管并结合双采样电路,该技术的实施使得对数像素的读出显著的降低了FPN水平。 展开更多

关键词 对数有源像素 像素内FPN抑制 双采样 cmos图像传感器

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0.5μm工艺CMOS有源像素传感器的总剂量辐射效应 被引量：13

6

作者 汪波 李豫东 +4 位作者 郭旗 刘昌举 文林 孙静 玛丽娅 《发光学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第2期242-248,共7页

采用60Co-γ射线对某国产0.5μm CMOS N阱工艺CMOS有源像素传感器(APS)的整体电路和像素单元结构进行了电离总剂量辐射效应研究,重点考察了器件的饱和输出信号、像素单元输出信号、暗信号等参数的变化规律。随着辐射剂量的增大,饱和输... 采用60Co-γ射线对某国产0.5μm CMOS N阱工艺CMOS有源像素传感器(APS)的整体电路和像素单元结构进行了电离总剂量辐射效应研究,重点考察了器件的饱和输出信号、像素单元输出信号、暗信号等参数的变化规律。随着辐射剂量的增大,饱和输出信号逐渐减小且与像素单元饱和输出信号变化基本一致;暗信号随总剂量的增大而显著增大。研究结果表明,0.5μm工艺CMOS APS电离总剂量辐射效应引起参数退化的主要原因是光敏二极管周围的整个LOCOS(Local oxidation of silicon)隔离氧化层产生了大量的辐射感生电荷。 展开更多

关键词 电离总剂量辐射效应 cmos有源像素传感器 饱和输出信号 像素单元结构 LOCOS隔离

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CMOS有源像素传感器光响应分析及实验模型建立 被引量：8

7

作者 徐江涛 姚素英 朱天成 《传感技术学报》 CAS CSCD 北大核心 2007年第2期334-337,共4页

在分析CMOS工艺中的N+/P衬底光电二极管光电响应特性的基础上,提出了一个用于光电响应估算的模型.采用chartered0.35μm2P4MN阱工艺,设计并制造了一个三管有源像素传感器及其测试电路以获得模型的精确实验数据.根据在室光下测试得到的... 在分析CMOS工艺中的N+/P衬底光电二极管光电响应特性的基础上,提出了一个用于光电响应估算的模型.采用chartered0.35μm2P4MN阱工艺,设计并制造了一个三管有源像素传感器及其测试电路以获得模型的精确实验数据.根据在室光下测试得到的灵敏度(0.76V/lx.s)和从像素中提取的电容值,可得电流密度和入射光强度之间的线性系数为7.542×10-4A/m2.lx.这个简单、精确的模型适合在设计CMOS图像传感器中,预测光电二极管和CMOS图像传感器的性能. 展开更多

关键词 cmos图像传感器 光电二极管 光电响应 实验模型 有源像素

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CMOS有源像素传感器的中子辐照位移损伤效应 被引量：4

8

作者 汪波 李豫东 +5 位作者 郭旗 文林 孙静 王帆 张兴尧 玛丽娅 《强激光与粒子束》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第9期202-206,共5页

为研究空间高能粒子位移损伤效应引起的星用CMOS图像传感器性能退化,对国产CMOS有源像素传感器进行了中子辐照试验,当辐射注量达到预定注量点时,采用离线的测试方法,定量测试了器件的暗信号、暗信号非均匀性、饱和输出电压、像素单元输... 为研究空间高能粒子位移损伤效应引起的星用CMOS图像传感器性能退化,对国产CMOS有源像素传感器进行了中子辐照试验,当辐射注量达到预定注量点时,采用离线的测试方法,定量测试了器件的暗信号、暗信号非均匀性、饱和输出电压、像素单元输出电压等参数的变化规律。通过对CMOS图像传感器敏感参数退化规律及其与器件工艺、结构的相关性进行分析,并根据半导体器件辐射效应理论,深入研究了器件参数退化机理。试验结果表明,暗信号和暗信号非均匀性随着中子辐照注量的增大而显著增大,饱和输出电压基本保持不变。暗信号的退化是因为位移效应在体硅内引入大量体缺陷增加了耗尽区内热载流子产生率,暗信号非均匀性的退化主要来自于器件受中子辐照后在像素与像素之间产生了大量非均匀性的体缺陷能级。另外,还在样品芯片上引出了独立的像素单元测试管脚,测试了不同积分时间下像素单元输出信号。 展开更多

关键词 cmos有源像素传感器 中子辐照 像素单元 饱和输出电压 位移效应

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CMOS有源图像传感器的最新研究进展 被引量：10

9

作者 李杰 刘金国 +1 位作者 王英霞 郝志航 《传感器技术》 CSCD 北大核心 2005年第1期7-8,11,共3页

由于CMOS有源图像传感器在单片集成、系统功耗、价格以及微型化方面都大大优于CCD,近年来得到较快进展,特别是其抗辐射的性能,使其在空间应用方面尤其具有优势。介绍了CMOS有源图像传感器的原理、性能和研究进展,重点介绍了在空间领域,... 由于CMOS有源图像传感器在单片集成、系统功耗、价格以及微型化方面都大大优于CCD,近年来得到较快进展,特别是其抗辐射的性能,使其在空间应用方面尤其具有优势。介绍了CMOS有源图像传感器的原理、性能和研究进展,重点介绍了在空间领域,特别是星敏感器中的研究进展和应用现状。 展开更多

关键词 cmos图像传感器 有源像元传感器 空间应用 星敏感器

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新型大动态范围CMOS图像传感器双采样像素阵列设计 被引量：2

10

作者 徐江涛 姚素英 +4 位作者 赵毅强 李树荣 张生才 张为 裴志军 《传感技术学报》 CAS CSCD 2003年第4期438-441,共4页

提出了一种新型双采样结构大动态范围CMOS图像传感器的像素阵列结构。该结构在传统的光电二极管型三管有源像素的基础上 ,加入了第二列信号处理电路 ,两列信号处理电路分别处理两次采样。双采样像素结构大幅提高了图像传感器动态范围 。

关键词 cmos 图像传感器 双采样结构 动态范围 有源像素阵列 信号处理电路

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低噪声四管像素CMOS图像传感器设计与实现 被引量：4

11

作者 徐江涛 李斌桥 +1 位作者 姚素英 任张强 《天津大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2009年第2期149-152,共4页

基于SMIC 0.18μm工艺设计了一种低噪声的四管像素结构.通过在像素内增加传输管和存储节点实现了相关双采样,可同时消除固定模式噪声和随机噪声;采用Pinned光电二极管技术大幅降低了表面暗电流.所设计像素尺寸为3.6μm×3.6μm,并... 基于SMIC 0.18μm工艺设计了一种低噪声的四管像素结构.通过在像素内增加传输管和存储节点实现了相关双采样,可同时消除固定模式噪声和随机噪声;采用Pinned光电二极管技术大幅降低了表面暗电流.所设计像素尺寸为3.6μm×3.6μm,并将其应用于一款648×488像素阵列CMOS图像传感器,经流片测试,图像传感器信噪比可达42 dB,在25℃下表面暗电流为25 mV/s(转换成电压表示的).所设计的四管Pinned光电二极管像素结构相对于传统三管像素结构,具有较低的噪声和暗电流. 展开更多

关键词 cmos图像传感器 四管像素 随机噪声 暗电流

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CMOS有源集成像素传感器检测高能物理粒子 被引量：1

12

作者 李琰 Yavuz Degerli +1 位作者 姜来 纪震 《深圳大学学报（理工版）》 EI CAS 北大核心 2009年第1期30-35,共6页

研究适用于下一代国际线性电子对撞机中顶点探测器的CMOS有源集成像素传感器.实验芯片现采用标准0.35μmCMOS工艺设计,像素矩阵为128行×32列,像素大小为25μm×25μm,在像素内部实现相关双次采样技术.通过采用放射源55Fe测定,... 研究适用于下一代国际线性电子对撞机中顶点探测器的CMOS有源集成像素传感器.实验芯片现采用标准0.35μmCMOS工艺设计,像素矩阵为128行×32列,像素大小为25μm×25μm,在像素内部实现相关双次采样技术.通过采用放射源55Fe测定,芯片等效输入随机噪声为12个电子,而固定噪声为3个电子.传感器的电荷-电压转换系数达59μV/e-.在170MHz工作主频下,芯片信号处理速度达12μs/帧.芯片模拟部分功耗小于30mW. 展开更多

关键词 国际线性电子对撞机 cmos有源像素传感器 相关双次采样 随机噪声 固定噪声 电荷-电压转换系数

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CMOS有源像素传感器列级低功耗自清零ADC的设计

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作者 李琰 姜来 +1 位作者 李蓁 纪震 《数据采集与处理》 CSCD 北大核心 2009年第3期357-361,共5页

设计了一个可以集成在CMOS有源像素传感器列信号处理电路中的5位逐次逼近型模数转换器。在系统的内部实现了相关双次采样电路,有效地抑制了固定噪声。前端采样器与ADC并行工作,避免了并行延时,显著地提高了信号转换速度,采样率达到了4 M... 设计了一个可以集成在CMOS有源像素传感器列信号处理电路中的5位逐次逼近型模数转换器。在系统的内部实现了相关双次采样电路,有效地抑制了固定噪声。前端采样器与ADC并行工作,避免了并行延时,显著地提高了信号转换速度,采样率达到了4 MS/s。连续采集数据时可以根据输入信号的大小自动决定工作与否,大大地降低了系统功耗。工作时模拟部分的功耗小于300μW。采用0.35μm CMOS工艺设计,系统的整体大小仅为25μm×1mm。 展开更多

关键词 cmos有源像素传感器 逐次逼近型模数转换器 相关双次采样 低功耗

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CMOS有源光电传感器像素采集单元成像质量分析

14

作者 饶睿坚 韩政 《半导体技术》 CAS CSCD 北大核心 2002年第11期74-76,共3页

针对CMOS光电二极管型有源像素采集单元中存在的拖影问题,从像素采集单元的工作原理入手,利用光电二极管的等效电路模型,对像素采集单元的光电转换状态和置位状态进行分析。得出造成拖影的根本原因是光电二极管置位后的电压与上一周期... 针对CMOS光电二极管型有源像素采集单元中存在的拖影问题,从像素采集单元的工作原理入手,利用光电二极管的等效电路模型,对像素采集单元的光电转换状态和置位状态进行分析。得出造成拖影的根本原因是光电二极管置位后的电压与上一周期末光电二极管的光生电压有关。 展开更多

关键词 cmos 有源光电传感器 成像质量 有源像素采集单元 光电二极管 拖影 光生电压 光生电流

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CMOS图像传感器在质子辐照下热像素的产生和变化规律 被引量：4

15

作者 王田珲 李豫东 +5 位作者 文林 冯婕 蔡毓龙 马林东 张翔 郭旗 《发光学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第12期1697-1704,共8页

应用于空间的图像传感器在辐射影响下产生的热像素严重影响空间光电探测性能,本文通过质子辐照试验研究了热像素的产生和变化规律。首先,使用3MeV和10MeV两种能量的质子对图像传感器进行辐照,分析不同能量、不同注量的质子辐照产生热像... 应用于空间的图像传感器在辐射影响下产生的热像素严重影响空间光电探测性能,本文通过质子辐照试验研究了热像素的产生和变化规律。首先,使用3MeV和10MeV两种能量的质子对图像传感器进行辐照,分析不同能量、不同注量的质子辐照产生热像素的性质;其次,再对辐照后的器件进行退火试验,分析热像素的退火规律。对于相同注量辐照,3MeV质子辐照下热像素产生率大约是10MeV质子辐照下的2.3倍,但是10MeV质子辐照产生热像素的灰度值高于3MeV质子;辐照过程中热像素的数量都是随着注量的增加线性增加。退火过程中,热像素数量都不断减少,而3MeV质子辐照产生的热像素相比于10MeV质子,退火更为显著。结果表明,质子辐照下每个质子与器件之间的作用过程及产生缺陷的机制是相对独立的,不同质子的作用过程之间没有相关性。不同能量的质子辐照产生缺陷的类型不同,导致热像素具有不同特性。 展开更多

关键词 cmos图像传感器 热像素 质子辐照 位移损伤 暗信号

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星敏感器用4T像素CMOS图像传感器总剂量效应研究 被引量：2

16

作者 曹中祥 钟红军 +1 位作者 张运方 李全良 《空间控制技术与应用》 CSCD 北大核心 2018年第6期45-50,共6页

对星敏感器用4T像素CMOS图像传感器总剂量效应进行研究,机理分析及总剂量试验结果表明像素暗电流及暗电流不一致性随总剂量增加而增加,像素光强响应及满阱容量随总剂量增加而降低.进一步分析得出星敏感器星点定位误差随辐照总剂量增加... 对星敏感器用4T像素CMOS图像传感器总剂量效应进行研究,机理分析及总剂量试验结果表明像素暗电流及暗电流不一致性随总剂量增加而增加,像素光强响应及满阱容量随总剂量增加而降低.进一步分析得出星敏感器星点定位误差随辐照总剂量增加而增大,在100krad(Si)总剂量下,星点定位误差相比辐照前增加约3倍.结合器件总剂量效应退化机理,提出星敏感器在轨使用时器件采用增加像素内传输管电荷转移的开启时间、提高传输管的控制电压以及提高像素的复位电压等措施,可以降低由于总剂量效应导致星敏感器的星点定位误差增加. 展开更多

关键词 4T像素 cmos图像传感器 星敏感器 总剂量效应

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基于APS-CMOS图像传感器的运动体捕捉方法 被引量：1

17

作者 李炜 潘志浩 汪敏 《上海大学学报（自然科学版）》 CAS CSCD 北大核心 2009年第1期47-50,共4页

随着运动体捕捉对嵌入式系统要求的提高,传统方法对分辨率、采集速度难以兼顾.把运动物捕捉分成对分辨率和速度侧重不同的运动检测和目标提取两个部分,利用有源像素结构APS-CMOS图像传感器可随机接入图像缓存的硬件特性,在数字信号处理(... 随着运动体捕捉对嵌入式系统要求的提高,传统方法对分辨率、采集速度难以兼顾.把运动物捕捉分成对分辨率和速度侧重不同的运动检测和目标提取两个部分,利用有源像素结构APS-CMOS图像传感器可随机接入图像缓存的硬件特性,在数字信号处理(digital signal processing,DSP)平台上实现两个阶段特点各异的工作模式切换.这样就使得整个系统的采集速度和目标分辨率同时得到兼顾.而且,此方法使用一般器件就可实现传统方法需要高性能器件才能达到的技术指标. 展开更多

关键词 运动捕捉 嵌入式系统 有源像素结构cmos图像传感器 随机接入 数字信号处理

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CMOS图像传感器与CCD的比较及发展现状 被引量：21

18

作者 宋勇 郝群 +1 位作者 王涌天 王占和 《仪器仪表学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2001年第z2期387-389,共3页

本文从读取方式、集成性等多角度对 CMOS图像传感器和 CCD作了比较 ,并介绍了 CMOS图像传感器和 CCD技术的发展现状 ,指出了

关键词 cmos图像传感器 CCD 有源像素传感器

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CMOS图像传感器动态范围扩展技术 被引量：14

19

作者 裴志军 国澄明 +1 位作者 姚素英 赵毅强 《传感器技术》 CSCD 北大核心 2003年第6期1-3,7,共4页

CMOS有源像素图像传感器动态范围的扩展可采用各种技术,如对数像素结构、横向溢出栅像素结构、多次曝光技术、局部曝光技术等,其中多次曝光技术在可获得大动态范围图像的同时,信噪比(SNR)较高。

关键词 cmos 图像传感器 有源像素 动态范围 曝光

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应用于高光谱成像的CMOS图像传感器 被引量：7

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作者 解宁 丁毅 +1 位作者 王欣 陈世军 《仪表技术与传感器》 CSCD 北大核心 2015年第7期7-9,13,共4页

文中介绍了应用于高光谱地球观测的CMOS有源图像传感器。该器件由全局曝光模式的像素组成512×256面阵,可实现450帧/s的帧频。全局曝光模式是由在光二极管外增加1个储存电容的方式实现的。该器件采用0.5μm标准CMOS工艺,满阱电子达... 文中介绍了应用于高光谱地球观测的CMOS有源图像传感器。该器件由全局曝光模式的像素组成512×256面阵,可实现450帧/s的帧频。全局曝光模式是由在光二极管外增加1个储存电容的方式实现的。该器件采用0.5μm标准CMOS工艺,满阱电子达到140 000电子,瞬态噪声29电子,动态范围74 d B。采用该器件开发的高光谱成像仪的空间及频谱分辨率具有很高水平。 展开更多

关键词 cmos有源图像传感器 全局曝光模式像素 高帧频 高光谱成像仪

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