基于标准CMOS工艺的有源像素单元结构的研究

基于标准N阱互补金属氧化物半导体集成电路(CM O S)工艺,设计了P /N-w e ll/P-sub光电管结构和传统的N /P-sub光电管结构的有源像素单元。像素单元面积为100μm×100μm,感光面积百分比分别为77.6%和89%,采用了上华0.6μm两层金属两层多晶硅CM O S工艺研制。测试分析结果表明P /N-w e ll/P-sub结构在暗电流大小,光照响应信号大小,感光灵敏度和感光动态范围上均优于传统的N /P-sub结构。通过改变复位信号频率,将P /N-w e ll/P-sub结构像素的感光动态范围提高到139.8 dB,改善了有源像素的感光性能。     

CMOS磁敏/光敏兼容传感器集成电路的设计

研制了一种新型的磁敏传感器和光敏象限传感器兼容的集成电路。该传感器采用0.6μm标准CMOS工艺制造,设计并实现了磁敏传感器、光敏象限传感器及其兼容的信号处理电路的单片集成,并采用有源预处理电路和相关二次采样电路进行磁敏和光敏信号的采集和降噪处理,具有较高的磁场灵敏度(0.0361T-1)感光灵敏度(2V/lx.s),实现了在一个芯片上同时传感磁信号和光信号的功能。     

基于标准CMOS工艺的新型pH值传感器

基于0.6μmCMOS工艺设计了一种新型的pH值传感器。多晶硅和双层金属电极形成复合的悬浮栅结构,Si3N4钝化层作为敏感层。传感单元为W/L=500μm/20μm的PMOS管,其阈值电压随溶液pH值线性变化,并通过恒定PMOS管源漏电压和源漏电流控制电路转换成PMOS管源电压线性输出。PMOS管源电压线性输出范围达到4.6V,很好满足在不同pH值溶液中测试的要求。采用波长396nm紫外灯管照射来消除浮栅上电荷,增大阈值电压并有效调整溶液栅电压线性区工作范围。紫外照射后溶液栅电压可偏置在0V,减少溶液中噪声影响。CMOSpH值传感器的平均灵敏度为35.8mV/pH。     

CMOS图像传感器用像素级双采样存储技术

多次曝光技术是扩展CM O S APS图像传感器动态范围较为有效的方法,但多于两次的曝光,信号处理复杂,使传感器的帧频受到限制,而像素级双采样存储技术将两次曝光采样及图像组合处理在像素内实现,在获得高动态范围的同时,可有效提高图像实时处理的速度,并且可以工作于高速同步曝光模式。     

一种基于CMOS工艺的二维风速传感器的设计和测试

给出了一种完全基于CM O S工艺的、能同时测量风速和风向的二维测风传感器的结构、工作原理及其测试结果。该传感器采用恒温差工作模式,热堆输出电压平均值反映芯片温度和环境温度的差,省去了测温二极管。风速测量采用热损失型原理,因此不存在速度量程问题;同时通过四周对称分布热堆的相对差分输出得到风向,风向的测试和风速无关。测试电路是由普通运放电路组成的控制和测试系统。经过风洞测试,风速的测量可以达到23m/s,风速分辨率达到0.5 m/s,风速的最大误差为0.5 m/s。传感器的反应时间为3~5秒,整个功率损耗约为500 mW。     

65nm标准CMOS工艺阈值电压系统波动检测方案设计

设计了一种标准CMOS工艺下的阈值电压系统波动检测电路,其检测电路核心部分是工作在亚阈值区的环形振荡器(SRO)。该方案包括8种级数、2种尺寸共16种SRO,并以8种级数、2种尺寸共16种传统环形振荡器(RO)作对比,在SMIC 65nm标准CMOS工艺上流片验证。芯片测试结果表明:新方案相对传统检测方案具有更高的灵敏度,更直观;且阈值电压的系统波动随器件尺寸增大而略微减小。     

基于标准CMOS工艺的Si基光发射器件

基于反偏雪崩击穿的发光原理,按照Chartered 0.35μm标准CMOS工艺要求,设计并制作了一种Si基光发射器件。在室温下对器件特性进行了初步测试,正向导通电压为0.75V,反向击穿电压为8.4V,能够在一个较宽的电压范围(8.4～12V)内稳定工作。总结了工艺对器件电学特性的影响,并将该器件结构与Snyman等人研究的器件结构进行了比较分析。该器件较强的边缘发光在平面结构的Si基片上集成光互联系统中将会有一定的应用价值。     

基于CMOS工艺的音频前置放大器的设计与实现

设计了一种基于CMOS技术的双声道四输入音频前置放大器芯片.芯片集成了音量控制、响度控制、可选择增益控制等功能,采用I2C介面控制,具有低失真、高可靠度等特点.放大器采用新颖的双级CMOS放大器结构,该结构简单,开环输出增益高,共模输入范围大,只有一个频率补偿电容.芯片根据国内生产线而设计制造,在ACSMC的3 μm9 V高压CMOS工艺线上流片,版图面积为3.0 mm×2.6 mm,样片经用户测试符合设计要求,可以产业化.     

阵列式CMOS细胞电信号传感芯片

介绍了一种采用0.6μm标准CMOS工艺实现的阵列式细胞电生理信号传感芯片。该芯片集成了6×6单元有源传感阵列、模拟多路选择器、输出缓冲器、参考源和数字控制电路,实现了传感电路和后端信号处理电路的单片化集成。传感单元面积为60μm×60μm,包含15μm×15μm的传感电极和有源预处理电路,线性放大幅值范围100μV～25mV的微小信号,电压增益为40dB。同时单元电路采用相关二次采样工作模式,采样信号可经后续差分电路除去固定模式噪声,提高传感器的精度。在标准CMOS工艺基础上,应用lift-off工艺对电极进行后续加工,提高其生物测量适应性。并通过封装技术的改进,使芯片适合在电解液环境下工作。在溶液中的模拟生物电学测试验证了芯片的功能。     

多应力结构CMOS器件的模拟研究

使用TCAD仿真工具Sentaurus在45 nm节点工艺下模拟研究了包含多应力结构的应变Si CMOS器件。模拟所得的开关电流比与相同节点工艺下报道的实验结果能很好吻合,验证了所用模型及方法的正确性。用Sentaurus工艺模拟工具得到了器件内部的应力和掺杂分布,并用Sentaurus器件模拟工具分析了各种应力结构对电学特性的影响。结果表明：在nMOS中,SMT和DSL能有效提高器件性能,而STI却会降低器件性能;在pMOS中,SiGe S/D和DSL的存在是性能改善的主要原因,而STI对性能改善的帮助较小。     

基于自适应曝光的CMOS图像传感器的设计与实现

从硬件结构、曝光策略和模拟结果入手，在传统滚筒式曝光基础上，通过对用户设定区域像素饱和值的统计和曝光时间选择算法，提出了一种CMOS图像传感器大动态范围自适应曝光的设计。曝光时间可从1ps至65ms，探测光强范围达到10^1～10^6lux，设计将充分发挥现有像素性能，实现快速实时的自适应曝光需求。     

基于标准CMOS工艺的片上太阳敏感器研究

微纳卫星对于载荷的苛刻要求使得太阳敏感器的微型化研究具有重要意义。为了解决光学器件和处理电路的集成兼容问题,文章基于标准CMOS工艺提出一种新型片上太阳敏感器,以金属走线层构建微型墙结构,两侧均匀分布pn结构成光电传感器,通过检测两侧光电流比例解算出入射光角度。文章从工艺实现、模型建立、数值仿真和实验测试等方面验证了器件的合理性和可行性。最终,片上太阳敏感器阵列芯片质量为1.5g,尺寸为304.2mm³,检测精度为±1.6°,视场范围为80°,可满足微型化需求。     

基于时间域读出的大动态范围CMOS图像传感器

设计了一款基于时间域读出的大动态范围CMOS图像传感器。传感器基于一种新型的结构,其可在时间域下探测高输入光强,在模拟域下探测低输入光强。该设计在传统电容反馈式跨阻放大器(CTIA)的基础上,新增了时间域测量电路,在不改变原有积分过程的同时可实现连续的大动态范围。基于0.35μm,5V-CMOS工艺进行了256×1线列CMOS图像传感器流片,光电二极管面积为22.5μm×22.5μm,并对器件的光电特性进行了后仿真验证。仿真测试结果表明,基于时间域读出的图像传感器可实现96dB的大动态范围,且时间域和模拟域的两路输出信号可同步输出,功耗为7.98mW。     

CMOS工艺兼容的单片集成湿度传感器

设计并制备了一个CMOS工艺兼容的集成湿度传感器,将湿度传感器与CMOS测量电路集成在同一芯片上.片上集成的湿度传感器为叉指电容式,感湿介质为聚酰亚胺,本文给出了相应的感湿模型.针对湿度传感器在全量程电容变化量较小的特点,本文采用开关电容电路作为片上微电容测量电路,讨论了电路的原理并给出了模拟结果.芯片采用3μm多晶硅栅标准CMOS工艺进行流水.测量结果表明,片上集成湿度传感器在5～35℃有较好的直流输出特性,并且长时间稳定性良好.     

基于标准CMOS工艺的扇形磁敏晶体管及其模型

提出一种基于0.6μm n阱标准CMOS工艺的扇形分裂漏磁敏晶体管，给出了器件相对灵敏度的数学模型．模型重点在于研究扇形分裂漏磁敏晶体管几何参数对相对灵敏度的影响．通过计算机数值积分计算和实验测试结果修正完善了器件的数学模型．测试结果表明：研制的器件最大相对灵敏度为3.77%/T，扇形结构有利于提高分裂漏磁敏晶体管的相对灵敏度．     

CCD与CMOS图像传感器特点比较

简要介绍了CCD(电荷耦合器件)与CMOS图像传感器的结构,并对二者的性能特点进行了比较,指出二者在未来的发展中不会出现谁消灭谁的结局.     

基于CMOS图像传感器的计花器设计

阐述了新型CMOS图像传感器ME1010的结构模块与工作方式,设计出了以ME1010为核心的计花器系统,给出了系统硬件、软件结构,对硬件和软件进行了计算机仿真分析。仿真结果表明该系统能够满足高支纤维生产过程对计花作业的要求,具有实用价值。     

新型集成阵列四象限CMOS光电传感器的研制

本文介绍了一种用于目标跟踪和坐标定位的新型集成阵列四象限CMOS光电传感器.该传感器采用上华0.6 μm标准CMOS工艺制造,实现了象限传感器与后端信号处理电路的单片集成.该传感器由16×16单元有源光电管阵列,相关二次采样电路和时序控制电路组成.每个有源光电管的大小为60 μm ×60 μm,其感光面积百分比(Fill Factor)为64.5%.通过变频二次扫描的工作模式可将传感器的感光动态范围增大为84dB.传感器的感光灵敏度为2V/lx·s,工作速度根据目标照度可在2ms/帧~64ms/帧范围内调整.