电子快门与CCD图像传感器抗晕的研究

为了抑制CCD图像传感器在强光照射时出现光晕和弥散现象,运用半导体器件数值模拟软件MEDICI,对建立的纵向抗晕CCD器件模拟结构进行数值计算,并分析1 PW层硼掺杂浓度参数对CCD纵向抗晕能力的影响,并对CCD纵向抗晕结构进行优化结构。而电子快门就是利用纵向抗晕的工作原理而发展的。     

CCD纵向抗晕结构设计与优化

为了抑制CCD图像传感器在强光照射时出现光晕和弥散现象,建立了CCD纵向抗晕结构模型,运用半导体器件数值模拟软件MEDICI,对建立的纵向抗晕CCD器件结构进行数值计算。结果表明：1PW层杂质浓度越低,电势越高,则电子势垒越低,则导入衬底的过量载流子越多,对应的抗晕能力越强。得到了CCD纵向抗晕结构的一种优化结构。     

TDI图像传感器横向抗晕栅极电压与满阱容量关系研究

时间延时积分CMOS图像传感器(TDI-CIS)具有优良的微光探测能力,可应用于航空探测及卫星遥感等领域。然而,在入射光强较强时,TDI-CIS容易出现光晕(Blooming)现象,影响观测效果。首先分析了光晕产生的机理;然后基于两种传统的抗晕结构,设计出一种具有沿垂直方向布局的长方形横向抗晕栅的TDI-CIS;通过成像实验发现横向抗晕栅极电压与抗晕效果及满阱容量(FWC)之间呈负相关关系;最后通过实验得到所设计TDI-CIS的最优抗晕栅极电压值为2.1V。     

CCD纵向溢出漏结构工艺仿真与实现

传统的电荷耦合器件(CCD)处于强光环境时,会产生光晕现象;纵向溢出漏结构的出现,满足了CCD在强光环境下的使用要求。通过对CCD的纵向溢出漏结构及其电势进行分析,发现抗晕势垒是纵向溢出漏结构能否实现抗晕功能的关键,决定了抗晕能力的强弱,而抗晕势垒受p阱注入剂量、埋沟注入剂量的影响。通过工艺仿真,确定了纵向溢出漏结构的p阱、埋沟工艺条件,根据仿真结果制造的纵向抗晕CCD抗晕能力大于100倍。     

1024×1024元帧转移纵向抗晕CCD图像传感器

帧转移电荷耦合器件(FTCCD)主要应用于可见光信号探测,其在强光应用场合容易出现光晕现象。针对该问题,研制了帧转移纵向抗晕CCD图像传感器,该器件阵列规模为1 024×1 024元,像素尺寸为12μm×12μm。为了实现纵向抗晕功能,采用了n型埋沟-鞍形p阱-n型衬底结构,纵向抗晕倍数为200倍,器件满阱电子数为大于等于200 ke^-,读出噪声小于等于80 e^-,动态范围大于等于2 000∶1。     

1 280×1 024 EMCCD纵向抗光晕设计

1280×1024 EMCCD是一种内线转移结构的固态微光成像器件,具备从星光条件到阳光环境的全天时成像探测能力,可广泛用于航天遥感、视觉感知和无人驾驶等领域。但由于器件饱和输出的限制,当入射光强度很高的情况下,EMCCD会发生光晕现象,造成图像分辨率降低,影响EMCCD获取目标信息的能力。为了提升EMCCD环境适应性,避免光晕现象的产生,文中分析了EMCCD光晕产生的原因,介绍了纵向抗晕的工作原理,通过理论推导分析和数值模拟仿真的方法,设计了具有纵向抗晕结构的EMCCD像元,制作了具有抗晕功能的1280×1024 EMCCD器件和原理演示样机,仿真数据和测试结果表明,文中设计的纵向抗光晕结构EMCCD具有500倍抗晕能力。     

CCD纵向抗晕结构研究

建立了电荷耦合器件(CCD)纵向抗晕结构模型,运用半导体器件二维数值模拟软件MEDICI,对建立的纵向抗晕CCD器件模拟结构进行数值计算,并详细分析和讨论了衬底反偏电压、1PW层硼掺杂浓度、n型沟道磷掺杂浓度和TG转移栅下P杂质掺杂浓度等参数对CCD纵向抗晕能力的影响,得到了CCD纵向抗晕结构的一种优化结构.     

一种内线转移可见光CCD弥散特性的模拟分析

运用半导体二维数值模拟软件sentaurus TCAD,对基于p型衬底制作的横向抗晕内线转移CCD的弥散特性进行了数值模拟研究,建立了sentaurus TCAD软件模拟横向抗晕内线转移CCD器件仿真模型,对影响器件弥散特性的光敏区n型区域、垂直CCD p阱进行了模拟分析.结果表明,光敏区n型区域注入能量控制在450～550 keV,垂直CCD p阱注入能量控制在200～600 keV,剂量控制在4.0×1012～8.0×1012 cm-2,器件弥散特性最佳.     

823×592元内线转移CCD图像传感器

采用三层多晶硅、埋沟、双层金属工艺研制了1/2英寸823×592、8.3μm×8.3 μm内线转移CCD,该器件设计制作了纵向抗晕结构,实现了内线转移器件光晕抑制.该器件水平驱动频率可达30 MHz,峰值响应波长位于550 nm,动态范围62.6 dB.     

数字CCD摄像机抗纵向晕光驱动时序研究

分析了CCD摄像机纵向晕光的产生原因,提出了一种消除数字CCD摄像机高照度像素上半部分纵向晕光的垂直移位驱动时序设计方法。根据CCD电荷转移时序控制原理,在两帧间插入垂直移位驱动时序,可以清除前一帧产生的饱和电荷,由此可以消除高照度像素上半部分纵向光晕。在ICX205电路板上,测试了本文提出的抗光晕驱动时序,结果表明,所提出的方法可以成功清除高照度像素上半部分纵向光晕。研究结果已应用于智能交通监测。