四管像素满阱容量影响因素研究.pdf

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1、第26卷第6期传感技术学报Vo1．26No．6CHINESEJOURNALOFSENSORSANDACTUATORSJun．20132013年6月ResearchontheFullWellCapacityofFour-TransistorPixelSUNQuan，YAOSuying，XUJiangtao，XUChao，ZHANGDongling(SchoolofElectronicInformationEngineering，TianfinUniversity，孔nnfin300072，China)Abstract：Theinfluencesoffloatingnodecapacitanc

2、e，chargetransfereffectsandthephotodiodecapacitanceonfullwellcapacity(FWC)areanalyzed．Moreover，theeffectofphotodiodecapacitancewasdiscussedintensivelyandacomputationalmodeloftheFWCisestablished．Experimentalresultswereusedforfittingthecomputationalmodel，whichisusefultoestimatetheFWCandinstructivetop

3、ixeldesign．Inordertoincreasethefullwellcapacityoffour-transistorpixel，ap-typeinjectionlayerisaddedbetweenthepinnedphoto-diodeandfloatingnodetostabilizetheFWC．Addingthep-typeinjectionlayercansignificantlyreducetheleakageofphoto-generatedelectronsfromthephotodiodepotentialwelltothefloatingnodeinthei

4、ntegrationtime．ThetestresultsshowthatFWCcanbeincreasedfromalmostzerotoonehundredthousandelectronsunderdifferentprocessconditions．Keywords：microelectronicsandsolidelectronics；four-transistorpixel；fullwellcapacity；CMOSimagesensor；photo-diodecapacity；anti—punchthroughEEACC：4250；2560Bdoi：10．3969／j．iss

5、n．1004—1699．2013．06．012四管像素满阱容量影响因素研究冰孙权，姚素英，徐江涛，徐超，张冬苓(天津大学电子信息工程学院，天津300072)摘要：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

6、，在多种T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。关键词：微电子学与固体电子学；四管像素；满阱容量；CMOS图像传感器；光电二极管电容；防穿通注人中图分类号：TN364；TN491文献标识码：A文章编号：1004—1699(2013)06—0815—05CMOS图像传感器因其更低的功耗，更低的成短波长光的响应。。。因此带有表面钳位光电二极本，更高的集成度¨J，以及可以在像素级别与CMOS管的四管像素结构成为当前CMOS图像传感器像素模拟及数字电路更好的集成J，因而得到了迅猛发结构的主流。像素的满阱容量是指通过光电二极管展。CM0S图像传感器广泛应用于安防、科学研究、可

7、以收集并顺利转移至浮空节点FD(Floating工业控制、数码终端等领域J。通常的CMOS图像Node)的最大可用光生电荷数。低的满阱容量会传感器像素结构包括三管、四管与五管像素，三管与降低像素的动态范围、信噪比以及灵敏度，从而严重五管像素因为不能使用相关双采样而具有较高的随降低图像的质量，在当今小像素应用逐渐增加的条机噪声J。引自电荷耦合器件CCD(Charge—件下显得尤为严重。国内外已经提出了很多提CoupledD