CMOS圖像傳感器仿真模型設(shè)計(jì)和研究.pdf

1、國(guó)內(nèi)對(duì)衛(wèi)星平臺(tái)CMOS圖像傳感器仿真測(cè)試模型的迫切需求,促成了本文對(duì)其的研究。伴隨著集成電路技術(shù)的快速提升和進(jìn)步,CMOS圖像傳感器已經(jīng)能夠克服以往存在的各種缺點(diǎn),因而成為了當(dāng)前成像器件領(lǐng)域研究的熱點(diǎn),同樣也成為了未來(lái)星上成像器件的發(fā)展方向。
　　為了建立衛(wèi)星平臺(tái)CMOS圖像傳感器的仿真模型,本文主要研究了APS傳感器中非電路部分的結(jié)構(gòu)——光電檢測(cè)器件的工作物理過(guò)程和仿真特性。
　　論文先是闡述了建立星上圖像傳感器仿真模型的

2、重大意義,介紹了CMOS圖像傳感器的工作原理,并詳細(xì)的分析了光電二極管的光電轉(zhuǎn)換原理和工作過(guò)程。然后分析了CMOS圖像傳感器的噪聲來(lái)源,并描述了包括熱噪聲、散粒噪聲、1/f噪聲和固定模式噪聲等在內(nèi)的各種主要噪聲的度量方法和可行的解決方案或者解決思路。
　　接著從光電二極管的物理結(jié)構(gòu)入手,利用少數(shù)載流子的穩(wěn)態(tài)連續(xù)方程來(lái)建立光電二極管的一維數(shù)學(xué)物理模型,并以此數(shù)學(xué)模型為基礎(chǔ)在MATLAB上對(duì)n+/p-sub、n-well/p-sub以

3、及p+/n-well/p-sub型三種結(jié)構(gòu)的光電二極管進(jìn)行了數(shù)值模擬仿真計(jì)算。接著將仿真的結(jié)果與實(shí)際光電二極管的性能參數(shù)對(duì)比,顯示了所建立模型的正確性,確認(rèn)了該模型能夠在一定程度上反應(yīng)實(shí)際的物理情況。還利用該模型提取了相關(guān)的數(shù)據(jù)進(jìn)行仿真分析研究,以此證明建立的模型可以用于光電二極管的設(shè)計(jì)和分析。
　　最后對(duì)三種常見(jiàn)結(jié)構(gòu)有源像素有效區(qū)域的MTF函數(shù)進(jìn)行了推導(dǎo)和分析,得出了其解析計(jì)算式,并且還推導(dǎo)出了對(duì)于由矩形區(qū)域連接起來(lái)所組成的像素

4、光接收面通用的二維MTF計(jì)算公式。證明了對(duì)于任何可能的像素有效光照區(qū)域設(shè)計(jì)而言,帶有此種結(jié)構(gòu)的MTF是可以被計(jì)算的。利用計(jì)算得到的公式仿真了三種結(jié)構(gòu)器件的二維MTF函數(shù),證實(shí)了像素有效區(qū)域形狀對(duì)MTF的影響。還利用MTF模型計(jì)算得到的PSF結(jié)果,驗(yàn)證了模型在一定程度上對(duì)實(shí)際器件真實(shí)情況的反應(yīng)。
　　全文通過(guò)建立光電二極管垂直于光照面的一維載流子運(yùn)動(dòng)模型,以及平行于光照面的MTF模型,實(shí)現(xiàn)了對(duì)光電二極管中載流子在整個(gè)三維方向上大致運(yùn)