TDI图像传感器横向抗晕栅极电压与满阱容量关系研究
发布时间：2022-01-12 12:21
时间延时积分CMOS图像传感器（TDI-CIS）具有优良的微光探测能力,可应用于航空探测及卫星遥感等领域。然而,在入射光强较强时,TDI-CIS容易出现光晕（Blooming）现象,影响观测效果。首先分析了光晕产生的机理;然后基于两种传统的抗晕结构,设计出一种具有沿垂直方向布局的长方形横向抗晕栅的TDI-CIS;通过成像实验发现横向抗晕栅极电压与抗晕效果及满阱容量（FWC）之间呈负相关关系;最后通过实验得到所设计TDI-CIS的最优抗晕栅极电压值为2.1V。
【文章来源】：半导体光电. 2020,41(02)北大核心
【文章页数】：4 页
【部分图文】：
LABD结构示意图
当CCD图像传感器接收到强光信号，其收集的光生电子数超过FWC时会溢出到邻近像素中。如图1所示，手电筒发光区域光线过强，过剩的电子溢出到垂直方向上的邻近像素，出现光晕现象，使得图像中手电筒发光区域出现严重失真[2]。光晕不仅严重影响成像效果，而且会导致光晕区图像数据受到无法经过后期处理恢复的永久性损伤。目前有两种主流抗晕结构，第一种为垂直抗溢出漏极（Vertical Anti-Blooming Drain,VABD）抗晕结构，通过对衬底施加反向偏置电压，使衬底势垒小于邻近Gate。当产生的电子数达到FWC时，这个势垒差将促使过剩电荷垂直地导入衬底（此时衬底充当VABD）。这种设计不会影响填充系数，但会减小感光区的深度，从而影响传感器对于长波光的吸收[3]。在此结构中，由长波光激发在像素深处产生的光电子会直接被垂直抗溢出漏极吸收[4-6]。另一种为横向抗溢出漏极（Lateral Anti-Blooming Drain,LABD）抗晕结构，将抗溢出漏极和ABG集成到CCD像素中。当ABG打开后，由于其下面势垒小于邻近Gate下的势垒，溢出的电荷将流入LABD，从而达到抗晕的效果。但这种结构设计会占用传感器有效像素区域，降低传感器的填充系数和灵敏度。本文中，为了保证传感器对于长波光的吸收，采用LABD设计。以上两种结构均是通过集成抗溢出漏极于像素结构中，将过剩电荷导出以消除其对邻近像素的影响。抗溢出漏极只会防止过剩电荷流入邻近像素，并不会对其他像素造成影响。
本文设计的图像传感器像素原理图如图3所示，感光区域采用CCD工艺，在曝光时间内，光生电子在CCD Gate下生成、存储并传递，而后越过溢出栅（Overflow Gate,OG）传输至浮置节点电容（Floating Diffusion,FD）内等待读出。读出电路采用CMOS工艺，在选择开关SEL开启后，FD内的电荷经源极跟随器（Source Follower,SF）放大后转换成模拟信号，而后经模数转换器（Analog-Digital Converter,ADC）和可编程增益放大器（Programmable Gain Amplifier,PGA）处理后以数字信号读出。2.2 横向抗晕结构设计
【参考文献】：
期刊论文
[1]横向抗弥散多光谱TDI CCD图像传感器[J]. 廖乃镘,刘绪化,刘昌林,张明丹,李仁豪,李金,何达. 半导体光电. 2019(01)
[2]CCD图像传感器抗晕技术研究[J]. 武利翻. 传感器世界. 2010(08)
[3]CCD纵向抗晕结构设计与优化[J]. 武利翻. 现代电子技术. 2010(16)
[4]新型集成电路隔离技术——STI隔离[J]. 闻黎,王建华. 微纳电子技术. 2002(09)
本文编号：3584764
【文章来源】：半导体光电. 2020,41(02)北大核心
【文章页数】：4 页
【部分图文】：
LABD结构示意图
当CCD图像传感器接收到强光信号，其收集的光生电子数超过FWC时会溢出到邻近像素中。如图1所示，手电筒发光区域光线过强，过剩的电子溢出到垂直方向上的邻近像素，出现光晕现象，使得图像中手电筒发光区域出现严重失真[2]。光晕不仅严重影响成像效果，而且会导致光晕区图像数据受到无法经过后期处理恢复的永久性损伤。目前有两种主流抗晕结构，第一种为垂直抗溢出漏极（Vertical Anti-Blooming Drain,VABD）抗晕结构，通过对衬底施加反向偏置电压，使衬底势垒小于邻近Gate。当产生的电子数达到FWC时，这个势垒差将促使过剩电荷垂直地导入衬底（此时衬底充当VABD）。这种设计不会影响填充系数，但会减小感光区的深度，从而影响传感器对于长波光的吸收[3]。在此结构中，由长波光激发在像素深处产生的光电子会直接被垂直抗溢出漏极吸收[4-6]。另一种为横向抗溢出漏极（Lateral Anti-Blooming Drain,LABD）抗晕结构，将抗溢出漏极和ABG集成到CCD像素中。当ABG打开后，由于其下面势垒小于邻近Gate下的势垒，溢出的电荷将流入LABD，从而达到抗晕的效果。但这种结构设计会占用传感器有效像素区域，降低传感器的填充系数和灵敏度。本文中，为了保证传感器对于长波光的吸收，采用LABD设计。以上两种结构均是通过集成抗溢出漏极于像素结构中，将过剩电荷导出以消除其对邻近像素的影响。抗溢出漏极只会防止过剩电荷流入邻近像素，并不会对其他像素造成影响。
本文设计的图像传感器像素原理图如图3所示，感光区域采用CCD工艺，在曝光时间内，光生电子在CCD Gate下生成、存储并传递，而后越过溢出栅（Overflow Gate,OG）传输至浮置节点电容（Floating Diffusion,FD）内等待读出。读出电路采用CMOS工艺，在选择开关SEL开启后，FD内的电荷经源极跟随器（Source Follower,SF）放大后转换成模拟信号，而后经模数转换器（Analog-Digital Converter,ADC）和可编程增益放大器（Programmable Gain Amplifier,PGA）处理后以数字信号读出。2.2 横向抗晕结构设计
【参考文献】：
期刊论文
[1]横向抗弥散多光谱TDI CCD图像传感器[J]. 廖乃镘,刘绪化,刘昌林,张明丹,李仁豪,李金,何达. 半导体光电. 2019(01)
[2]CCD图像传感器抗晕技术研究[J]. 武利翻. 传感器世界. 2010(08)
[3]CCD纵向抗晕结构设计与优化[J]. 武利翻. 现代电子技术. 2010(16)
[4]新型集成电路隔离技术——STI隔离[J]. 闻黎,王建华. 微纳电子技术. 2002(09)
本文编号：3584764
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/dianzigongchenglunwen/3584764.html
