基于红外焦平面读出电路应用的多层 stack电容设计及 SPICE模型研究.pdf

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1、2014年第4期航空兵器2014No．42014年8月AEROWEAPONRYAug．2014基于红外焦平面读出电路应用的多层stack电容设计及SPICE模型研究叶伟，戴佼容，刘斯扬，孙伟锋(东南大学国家ASIC系统工程研究中心，南京210096)摘要：基于0．5mCMOS工艺设计并制备了一种应用于红外焦平面读出电路的多层堆叠(stack)电容结构，测试结果表明，相比单一形式电容，stack电容的单位面积值增大两倍以上，因而能够有效地提升红外焦平面读出电路的电荷存储能力。此外，本文还为设计的多层sta

2、ck电容建立了一套描述其电学特性的SPICE模型，模型均方根误差在2％以内，因此可以准确描述stack电容的电学特性，满足了红外焦平面读出电路的仿真设计要求。关键词：红外焦平面读出电路；stack电容；SPICE模型；BSIM3V3模型；边缘效应中图分类号：TN215文献标识码：A文章编号：1673—5048(2014)04—0049—05DesignofMulti-LayerStackCapacitanceandSPICEModelAppliedtoIRFPARoICYEWei，DAIJiao—ron

3、g，LIUSi—yang，SUNWei—feng(NationalASICCenter，SoutheastUniversity，Naming210096，China)Abstract：Amulti-layerstackcapacitanceisdesignedandfabricatedwhichisappliedtoinfraredfo—calplanearrayreadoutcircuit(IRFPAROIC)．Thetestresultsindicatethattheunit—areastackca

4、paci—tanceincreasesmorethantwotimescomparedwiththesingle—formcapacitance，whichenhancestheca—pacityofchargestorageforIRFPAROIC．Moreover，aSPICEmodelforthestackcapacitanceisbuilttodescribeitselectricalcharacteristic，andtherootmeansquareerror(RMSE)oftheSPICE

5、modelislessthan2％．Therefore．itcandescribetheelectricalcharacteristicofthestackcapacitanceaccuratelyandmeettherequirementsofthesimulationdesignofIRFPAROIC．Keywords：IRFPAROIC；stackcapacitance；SPICEmodel；BSIM3V3model；fringeeffect器件。它主要由红外探测器阵列和读出电路0引言(Reado

6、utCircuit，ROIC)阵列组成¨J，其工作性红外焦平面阵列(InfraredFocalPlaneArray，能不仅与探测器性能，如量子效率、光谱响应、噪IRFPA)是一种高性能的红外固体图像传感器，也声谱、均匀性等有关，还与信号的输出性能，如电是红外成像技术中获取红外图像信号的核心光电路输入级的电荷存储、均匀性、线性度、噪声谱、注入效率，读出电路中的电荷转移效率、电荷处理收稿日期：2014—01—10能力、串扰等有关。对于许多成熟的红外焦平面基金项目：航空科学基金(20122469)；江苏省自然

7、科学基探测器技术来说，目前限制红外焦平面阵列性能的金(BK2012559)；东南大学研究生科研基金资助项目不再是红外探测器阵列，而是红外焦平面阵列中的(YBJJ1311)及东南大学无锡分校科研引导资金项目作者简介：叶伟(1989一)，男，江苏泰州人，硕士，研究方向读出电路部分。红外焦平面读出电路中的积分电为功率半导体器件设计及模型。容则体现了电路存储电荷的能力，积分电容容量的·52·航空兵器2014年第4期公式(13)为边缘电容的表达式，公式(14)是公式(13)中的表达式：C。dg。H=CdgPERf

8、a(13)Vfa。=1+pl一2+p。2一2(14)式中：c为由于边缘效应产生的单位长度电容；P为平板电容周长；Vfac为电容电压对平板电容边缘效应的影响系数；P。为电容电压的一阶拟合参—5—4-3—2．-lo12345，VRMSE-'O．93％数；Pvc2为电容电压的二阶拟合参数；V。一为平板电(a)stack电容1容之间的电压。4．15式(15)和式(16)为电容的温度调节参数表达4．1O式：4．05=4．00d。一25(15)3．95