【摘 要】
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基于1T像素感光的图像传感器采用半浮栅晶体管(semi-floating gate transistor,SFGT)和感光二极管组成像素单元。相比于传统CMOS图像传感器中的3T或4T像素单元,1T像素采用浮
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基于1T像素感光的图像传感器采用半浮栅晶体管(semi-floating gate transistor,SFGT)和感光二极管组成像素单元。相比于传统CMOS图像传感器中的3T或4T像素单元,1T像素采用浮栅的特殊结构实现了光电转换功能,同时提高了像素的填充因子和阵列密度,有利于降低传感器芯片的面积和制造成本。随着浮栅器件技术的快速发展,基于1T像素感光的图像传感器有着很好的发展前景。本文研究了基于1T像素感光的图像传感器的系统架构。基于对1T像素结构和工作原理的研究提出了器件的电路等效模型,针对电学特性参数进行理论计算,分析外加电压和器件内部寄生电容对像素性能的影响,为优化设计起指导作用。基于GSMC 0.18μm CMOS工艺对像素进行器件仿真,并提取仿真结果与理论计算结果相对比,验证了模型建立的准确性。分析指出在增大像素内漏极电压可有效提高输出摆幅、非饱和光强范围、转换增益和满阱容量。减小浮栅电容可提高输出信号水平和转换增益,但同时牺牲像素的感光范围和满阱容量。针对像素输出的电流信号设计读出电路,采用带有反馈电容的跨阻放大器和开关电容放大器的结构实现电流信号至电压信号的转换和双采样操作。本文基于GSMC0.18μm CMOS工艺对电路进行仿真,使其实现电流信号至电压信号的转换。同时讨论分析了读出电路中参考电压和开关电容放大器的增益对输出电压信号的影响。本文通过理论分析、模型建立、器件及电路仿真对基于1T像素感光过程和读出电路进行设计分析,为后续优化设计提出指导,为基于1T像素感光的图像传感器的研究提供参考。
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