低噪声四管像素CMOS图像传感器设计与实现

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.

四管像素满阱容量影响因素研究

在分析光电二极管电容、浮空节点电容以及电荷转移效果这三方面影响满阱容量的基础上,着重讨论了最重要的光电二极管电容对满阱容量的影响,建立了满阱容量的计算模型。将测试结果与模型公式进行拟合,可以预估像素的满阱容量,指导像素设计。为了提高四管像素的满阱容量,提出在钳位光电二极管与浮空节点之间增加P型注入层稳定阱容量的方法。增加P型注入层可以大幅减小积分时间内光电二极管中储存的光生电子向浮空节点方向的泄漏,从而有效稳定阱容量。测试结果表明,在多种工艺条件下,像素的满阱容量从基本可以忽略提升至十万个电子的量级。