0.5μm工艺CMOS有源像素传感器的总剂量辐射效应

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。

CMOS有源像素传感器的中子辐照位移损伤效应

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。

CMOS有源像素图像传感器的电子辐照损伤效应研究

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。

CMOS有源像素传感器列级低功耗自清零ADC的设计

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。

传输栅掺杂对CMOS有源像素满阱容量及暗电流的影响

研究了传输栅掺杂,即N+TG和P+TG,对满阱容量以及暗电流的影响。沟道电势分布受传输栅与衬底功函数差的影响,随着钳位光电二极管和浮动扩散节点之间的势垒高度的增加,feedforward效应被抑制,满阱容量增加。另一方面,处于电荷积累状态的沟道可以降低暗电流。基于四管有源像素工作过程进行仿真,结果表明,在曝光期间不加负栅压的情况下,基于P+TG的像素的满阱容量相对N+TG的提高了26.9%,其暗电流为N+TG的0.377倍。当电荷转移效率大于99.999%时,N+TG的开启电压需高于2.3 V,而P+TG的开启电压需高于3.0 V。

^(60)Co-γ射线辐照CMOS有源像素传感器诱发暗信号退化的机理研究

对某国产0.5μm CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor,互补金属氧化物半导体)N阱工艺CMOS有源像素传感器的电离总剂量效应进行了研究,通过60Co-γ射线辐照试验,着重分析了对辐射最敏感的暗信号和暗信号非均匀性随总剂量退化的物理机理.实验发现,随着辐照剂量的增加,暗信号和暗信号非均匀性显著退化,并且静态偏置条件下器件的辐射损伤最大.暗信号退化的主要原因是光电二极管pn结和复位晶体管源端N+/Psub结表面边界周围的SiO2产生了大量的界面态;暗信号非均匀性显著退化是由于光电二极管的暗信号增大引起.上述工作可为深入研究CMOS有源像素传感器的抗辐射加固及其辐射损伤评估提供参考.

CMOS有源像素传感器像素级噪声的分析与抑制

像素级的噪声是CMOS图像传感器的主要噪声源之一。针对CMOS有源像素传感器3T结构像素级的噪声问题,分析了3种抑制像素级噪声的方法。分析结果表明,复位晶体管的软复位噪声要小于硬复位噪声的2倍,PMOS管的1/f噪声低于NMOS管的1/f噪声,同时1/f噪声会随着栅面积的减小而增大。通过对像素的噪声分析,完成了3种像素级的集成电路的设计仿真,并采用了0.5μm标准CMOS工艺进行流片制作。测试表明,噪声的相对变化与分析结果吻合。

CMOS有源集成像素传感器检测高能物理粒子

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.

基于CMOS集成有源传感器的新型高能物理粒子轨迹追踪器

本文研究了一个采用标准0.35μm CMOS工艺制造的新型高能物理粒子轨迹追踪器.这个新型的追踪器运用CMOS有源像素传感器技术(CMOS Monolithic Active Pixel Sensors,MAPS)将信号的探测与处理电路集成在一起,在像素的内部实现了相关双次采样操作(Correlated Doubled Sampling,CDS).实验芯片包含一个128行×32列的像素矩阵,其中,像素的大小为25×25μm2.通过采用放射源55Fe的测定,得到像素的等效输入随机噪声(Temporal Noise)仅为12个电子而固定噪声(Fixed Pattern Noise,FPN)仅为4个电子.传感器的电荷-电压转换系数(Charge-to-Voltageconversion Factor,CVF)为60μV/e-.测试中,芯片的信号读取速度达到了12μs/帧.

多分辨率CMOS图像传感器芯片设计

在一些特殊图像处理任务如模式识别、目标跟踪和图像压缩等中需要图像传感器能够实现动态的可编程帧频和多分辨率。介绍了一种CMOS图像传感器设计,可以通过编程方式获得动态像素分辨率。在普通模式下,作为典型的图像传感器获得全帧图像数据;在合并模式下,将传感器像素阵列分为特定子模块并且合并读出,同时获得更高的帧频,子模块的规格可通过编程进行定义。该CMOS有源像素传感器(APS)采用0.18μm CMOS工艺实现,阵列规模为256×512,既可以像素全部输出,又可实现任意p×q像素合并读出。通过将信号处理电路转移到焦平面的方式,可大大降低后续图像处理的计算量,从而使系统降低了功耗并提高了处理效率。

不同偏置状态下4T-CMOS图像传感器的总剂量辐射效应

对不同偏置状态下的国产科学级0.18μm工艺掩埋型4T-CMOS有源像素图像传感器进行钴-60γ射线辐照和退火实验,研究总剂量效应对图像传感器的性能影响,并观察是否存在总剂量偏置效应。着重分析暗电流、满阱容量等参数随累积剂量的变化规律。实验结果表明随着辐照总剂量累加,暗电流前期缓慢增长,之后退化明显加剧,这主要是由于辐照致界面态和氧化物陷阱电荷密度增加。4T-CMOS图像传感器的暗电流主要由来源于STI界面,而辐照导致耗尽区展宽与STI接触使得暗电流增长加剧,同时,辐照导致的耗尽区展宽也引起满阱容量的下降。并且在4T-CMOS图像传感器的实验中没有发现明显的总剂量偏置效应。

CMOS图像传感器技术的进展与应用

首先介绍了CMOS图像传感器的发展状况,并简单分析了影响其性能的一些因素;然后详细介绍了高填充系数技术和直接成像传感器技术,及其对CMOS图像传感器性能的改善,并对这两种技术的应用做了介绍;最后说明了CMOS图像传感器和CCD图像传感器之间将存在的长期竞争。

基于APS-CMOS图像传感器的运动体捕捉方法

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.