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.     

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。     

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。     

一种内线转移可见光CCD光电特性模拟分析

运用半导体二维数值模拟软件sentaurus TCAD,对内线转移可见光CCD积分过程、读出过程光敏区域电势变化规律进行了数值模拟研究,建立了sentaurus TCAD软件模拟内线转移CCD器件的仿真模型;对影响器件电荷容量、抗晕性能的纵向抗晕p阱浓度、结深进行了模拟分析,得出p阱浓度应控制在(2.5~5.5)×1016 cm-3,结深应控制在5.5~6.5μm的结论。     

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.     

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。     

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。     

CCD抗晕结构的设计和制作

强光照射时,CCD图像传感器摄取的图像中会出现光晕(blooming)和弥散(smear)现象,严重影响成像质量。文章介绍了一种能够抑制这些光晕现象的抗晕CCD,详细阐述了其抗晕结构的设计和制作方法,采用该方法制作的CCD能够达到500倍的抗晕能力。     

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。     

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.     

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。     

An S-VHS compatible 1/3" color FT-CCD imager with low dark current by surface pinning

A Frame-Transfer CCD imager for consumer applications has been developed with low dark current by using hole accumulation at the entire Si-SiO/sub 2/ interface of the image pixel during integration, called "All-Gates Pinning", or AGP. All sensor features, such as vertical anti-blooming and electronic shutter are maintained. The sensor combines thin polysilicon electrodes with mosaic color filters for increased sensitivity and resolution, and uses minimized capacitances and a double metal technology for increased frame shift frequency to obtain low smear. The image pixel operation and optimization are presented, Measurements show a 30 times lower dark current, and 8 times lower fixed-pattern noise with all-gates pinning compared to a conventional device. A frame shift frequency of 15 MHz is achieved. These new features allow the reduction from 2/3" to 1/3" image format without sacrificing the performance.<>     

利用抗光晕通道倾泻电荷的帧转移EMCCD电子快门方法

针对帧转移结构电子倍增电荷耦合器件（EMCCD）对高速运动目标成像模糊、高亮度目标成像饱和且细节缺失的问题,提出了利用抗光晕通道倾泻多余电荷和外部时序控制的电子快门方法,通过帧转移时序将感光区电荷转移到与存储区相邻的抗光晕沟道进行倾泻,实现标准视频连续输出中1/25~1/1 000 s连续可调的电子快门,并推导了抗光晕漏极最大倾泻电流与光照强度之间的数学关系式;使用FPGA硬件图像处理消除了曝光时间缩短引起的漏光-拖尾（smear）效应;采用带有抗光晕结构的帧转移EMCCD开发了原理相机进行实验验证。结果表明,通过该方法控制电子快门可以有效降低旋转运动目标的成像模糊,并实现夜间的高动态范围夜视成像,显著提升图像细节。     

CCD图像传感器拖尾的研究

对帧转移型CCD的结构进行分析，研究了造成垂直拖尾的原因，找到解决问题的方法。在摄像机系统中运用数字处理技术，实时地降低了垂直拖尾对图像的影响。     

面向深空探测的CCD多像元合并设计与验证

在火星矿物光谱分析仪中采用模拟4像元合并,可以使仪器应对深空探测中的复杂环境,从而达到高信噪比与高动态范围的要求。提出了一种新型CDD片上2×2像元合并的驱动方法,并验证了其输出的合理性。针对e2v CCD 47-20芯片,研究了CCD结构并设计了行方向与列方向2像元合并的方法,使之可以通过FPGA控制生成驱动波形。基于CCD片上放大器的结构,通过仿真其行方向两元输出模拟信号模型,得到了四阶梯模型。均匀光照射实验结果表明,得到的4-binning模式下CCD输出信号与仿真结果一致,验证了理论的正确性。其输出电压在600 mV以下范围内表现出了良好的线性变化趋势,证明该方案的合并结果是精确可靠的。     

A 1/2-in. CCD image sensor overlaid with a hydrogenated amorphous silicon

A half-inch size CCD image sensor overlaid with a hydrogen-erated amorphous silicon (α-Si:H) as a photodetector has been developed. The array consists of 506V × 404H picture elements. The glow-discharged α-Si:H film has high quantum efficiency of 0.75-0.8 in the visible wavelength range and low dark current of 0.2 nA/cm²and is formed on the CCD scanner with vertical overflow drain. This CCD image sensor has a sensitivity of 0.014 µA/lx (3200 K)and a S/N ratio of 73 and 68 dB for fixed-pattern noise and random noise, respectively. Smearing signal is suppressed to below 5 percent at incident light intensity of 1000 times saturation exposure. The blooming and highlight lag are completely suppressed by the vertical overflow drain structure.     

A 1/3-in 410000-pixel CCD image sensor with feedback field-plateamplifier

The design considerations and performance of a 1/3-in format 410000-pixel interline transfer charge coupled device (CCD) (IL-CCD) image sensor are described. Some techniques have been introduced in order to shrink the pixel size to 6.4(H)×7.5(V) μm without any deterioration in dynamic range and, signal-to-noise (S/N) ratio. The photodiode structure is designed to reduce the knee effect so as to avoid an overflow of the vertical CCD (V-CCD) register up to 500 times the saturating illumination. A depleted-well CCD structure is introduced to maintain the maximum charge-handling capability of 92000 electrons/packet in the V-CCD register, and high enough transfer efficiency of the horizontal CCD (H-CCD) registers with 5-V_p-p pulse driving. A feedback field-plate amplifier (FFPA) is introduced to raise the sensitivity of the output amplifier to 16.2 μV/electron in order to obtain a large enough S/N ratio to the background noise of the peripheral circuits in a video camera