星敏感器用4T像素CMOS图像传感器总剂量效应研究

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.

CMOS图像传感器4T像素本底噪声分析

为了抑制本底噪声,提高图像动态范围,首先给出CMOS图像传感器的4T像素结构,分析该结构下的基本噪声源.然后,分别讨论了各本底噪声分量的形成及对信号的影响,并以噪声电子数的形式对各噪声分量进行了定量分析,提出了相应的噪声抑制措施,且进行了仿真验证.

简化4T像素结构CMOS图像传感器设计与实现

阐述了一种简化4T像素结构的设计。较普通4T像素结构而言,该简化结构像素内部去掉了行选通管,从而提高了像素的填充因子,简化了内部电路设计,减小了版图的面积,消除了行选通管引入的随机噪声。该像素结构采用0.11μm CIS工艺,成功应用于一款像素阵列为640×480的CMOS图像传感器芯片,经过流片测试,芯片整体性能达到了预期的设计目标。

低压4T-PPD有源像素的设计与测试

针对应用于物联网及人工智能等领域的CMOS图像传感器功耗受限于传统高压四管钳位光电二极管(Four Transistors Pinned Photodiode,4T-PPD)有源像素的问题,设计了低压4T-PPD有源像素。首先,基于热扩散、自诱导漂移及边缘场漂移理论,分析了PPD内部电荷转移机制的理论。其次,基于理论分析提出了用五指形像素层取代传统方形像素层,以解决低压PPD内部电荷不完全转移引起的图像拖尾。CMOS图像传感器采用0.11μm 1P3M标准CMOS工艺流片,测试结果表明:设计的五指形4T-PPD有源像素在低压1.5 V下,与传统方形像素相比残余电荷下降了80%,满阱容量为4928e^(-),动态范围可达67.3 dB,随机噪声仅为1.55e^(-)_(rms),性能指标可与传统高压4T-PPD有源像素相比拟。