面向TDI型CMOS圖像傳感器的有源像素設(shè)計(jì)與研究.pdf

1、時間延時積分(Time-Delay Integration,TDI)型圖像傳感器是一類以掃描方式對物體進(jìn)行成像的圖像傳感器。與普通線陣圖像傳感器相比,TDI型圖像傳感器具有高靈敏度和高信噪比的特點(diǎn),適合于在暗光條件下或?qū)Ω咚龠\(yùn)動物體進(jìn)行成像,廣泛應(yīng)用于空間遙感、航空成像、工業(yè)監(jiān)測和安全監(jiān)控領(lǐng)域。與電荷耦合器件(Charge-Coupled Device, CCD)型TDI圖像傳感器相比,基于互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(Complementar

2、y Metal Oxide Semiconductor,CMOS)工藝的TDI圖像傳感器在制造成本、芯片功耗和可集成性方面優(yōu)勢明顯,而基于CMOS工藝的有源像素作為圖像傳感器的感光單元,對傳感器的成像質(zhì)量有著重要影響。本文立足于CMOS工藝平臺,開展面向TDI型CMOS圖像傳感器的有源像素研究。
　　本文分析了TDI型CMOS圖像傳感器的工作方式,闡明了其對有源像素中電荷轉(zhuǎn)移速度與暗電流水平的要求,得出了像素設(shè)計(jì)的方向和重點(diǎn)。以C

3、MOS標(biāo)準(zhǔn)工藝平臺為基礎(chǔ),通過對多種像素結(jié)構(gòu)進(jìn)行流片驗(yàn)證,并對測試數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和評估,最終完成了大尺寸像素的設(shè)計(jì)優(yōu)化,所設(shè)計(jì)像素成功應(yīng)用于一款128級TDI型CMOS圖像傳感器中,芯片采用0.18um工藝實(shí)現(xiàn),測試結(jié)果表明傳感器在靈敏度和信噪比等指標(biāo)上都獲得了提升。針對TDI型CMOS圖像傳感器的特殊設(shè)計(jì)要求,如低功耗設(shè)計(jì)、高動態(tài)范圍設(shè)計(jì)和低成本設(shè)計(jì)等方向,本文從傳感器的像素結(jié)構(gòu)優(yōu)化出發(fā),提出了相應(yīng)的解決方案,這些研究對于高性能TDI型

4、CMOS圖像傳感器的設(shè)計(jì)具有一定的指導(dǎo)意義。
　　本文的主要創(chuàng)新點(diǎn)包括:
　　1、基于提高大尺寸像素中電荷轉(zhuǎn)移速度的設(shè)計(jì)考慮,提出了一種光電二極管內(nèi)非均勻摻雜的方案。采用該方案可使二極管內(nèi)形成橫向電場,有助于提高電子的轉(zhuǎn)移速度,從而滿足TDI型傳感器的高讀出速率要求。
　　2、基于低功耗TDI型CMOS圖像傳感器設(shè)計(jì)考慮,提出了像素內(nèi)電荷累加的方案,使用該方案可降低像素陣列外累加器的累加頻率,該累加頻率的下降可使讀出電