一种用于优化小尺寸背照式CMOS图像传感器满阱容量与量子效率的新型光电二极管结构

为改善小尺寸背照式CMOS图像传感器像素单元满阱容量不足缺点,本文基于提高光电二极管电容的角度,提出了一种通过改变光电二极管结构来提升满阱容量的新方法。该结构优化由两步实现。第一步,通过在传统光电二极管N型区域下额外注入高能量、低剂量N型掺杂,形成一个浓度渐变,深度扩展的新光电二极管N型区。这种光电二极管的满阱容量将因侧壁结电容的扩展而显著提高;第二步,为了帮助扩展的阱容量实现全耗尽,一个由两步不同能量的P型杂质形成的P型插入区被嵌入到深度得以扩展的光电二极管N型区域内。这个纵向插入的P型插入区保证了该光电二极管结构可以在复位完成后实现电子的全耗尽。仿真结果显示,像素单元满阱容量可以由初始的1289e- 提升到6390e-,且该阱容量扩展技术不会以恶化图像拖尾为代价。除此之外,量子效率在全波段下均得以提升,尤其在520nm处提升6.3%。这项改进不仅可以用于背照式像素结构,而且可以被用于任何PD型正面照射式像素结构中。     

具有高量子效率、低暗电流、高可靠性的平面InGaAs PIN光电二极管

本文详细讨论了量子效率和响应时间两个重要参数与器件结构参数的关系，为器件设计提供了依据，并提出了器件的设计方案。根据设计方案研制出的平面ＩｎＧａＡｓＰＩＮ光电二极管，量子效率高达９０％以上，暗电流为１００ｐＡ。在－１０Ｖ偏置下，１８０°Ｃ时ＭＴＴＦ大于３０００ｈ，２３０°Ｃ时ＭＴＴＦ为５００ｈ。     

一种提高光电倍增器光电阴极量子效率的方法

提出了一种可以提高光电倍增管光电阴极量子效率的方法。通过分析光电阴极的光电发射过程,从提高光子吸收率Pa和光电子迁移至真空一侧材料表面的几率Pe出发,确定可以在光电阴极膜层结构设计上增加合适的膜层,该膜层具有高带隙和减反射的作用。由于光电倍增管的外壳通常为细长的玻璃管,而常规的溅射设备为50mm的大靶,直接使用大靶对细管内部镀膜,效率低下且均匀性差。在常规大靶的基础上进行改造,成功实现了在细管内部快速均匀镀膜。使用分光设备测试光电阴极的光谱响应,结果表明,改进产品的光电阴极量子效率从常规的25%提高至35%。     

一维0.18 μm CMOS光电二极管量子效率的研究与模拟

为了建立更精确的CMOS光电二极管SPICE模型,使之在像素电路模拟中能够更好地反映实际的光电转换物理现象.使用连续性方程和不同的边界条件对CMOS光电二极管建立了一维物理模型,然后代入普通 CMOS 0.18工艺参数在温度为300 K、反偏电压为2.2 V时,对N-diff/P-epi, N-well/P-epi两种结构的二极管量子效率进行了模拟.其中考虑了表面复合速率、外延层厚度、P 衬底与P外延同质结等因素对模拟结果的影响.在此基础上,还对CMOS光栅二极管的量子效率进行了计算. 模拟结果符合这些器件已知的特性.     

适用于昼夜视觉的微光CIS

CMOS图像传感器(CIS)相比于CCD图像传感器具有可集成更多功能和集成度以及更小的系统尺寸、重量和功耗及成本(SWaP-C)的优势,CIS技术的最新进步,特别在低读出噪声和高灵敏度的突破,使其不仅达到了相当于CCD图像传感器的图像性能,同时也将其微光使用限定推进到了微光条件,介绍了一种高灵敏度低噪声大动态范围的微光CIS组件,具备从白天到多云残月夜晚的实时单色成像能力,可作为一种在微光成像性能和SWaP-C优选的可见光近红外(VIS-NIR)昼夜成像器件.     

一种新型CMOS图像传感器的设计

为了提高CMOS图像传感器的图像质量,通过对图像主要的噪声源以及图像失真的分析,提出一种新型的CMOS有源像素图像传感器.该CMOS图像传感器使用4T有源像素,大大提高了图像传感器的灵敏度.通过在传感器中集成图像预处理功能,对改善图像的质量起到了很好的效果.     

基于HV-CMOS工艺集成PIN光敏元的CMOS传感器设计

PIN光电二极管相对于pn结型光电二极管具有结电容小、量子效率高等优点,但采用标准低压CMOS(LV-CMOS)工艺研制的CMOS传感器只能实现基于n阱/p衬底的pn结光敏元与片上电路的集成,高压CMOS(HV-CMOS)工艺的发展为CMOS电路与PIN光敏元列阵的单片集成提供了可能。基于HV-CMOS工艺设计了一种集成PIN光敏元列阵的CMOS传感器,并对器件的光电响应进行了测试评估。结果表明,集成PIN光敏元的CMOS传感器具有更高的像素增益和量子效率,而暗电流、输出摆幅、线性度等特性保持良好。在500~900nm宽波段范围内,器件的量子效率均达到80%以上,在950nm附近的量子效率达到25%,优于采用其他工艺制作的CMOS传感器。     

一种获得四管CMOS图像传感器像素夹断电压的方法

提出了一种测试四管CMOS图像传感器像素夹断电压的方法。该方法是基于像素中势阱结构的变化能够对图像信号散粒噪声产生影响的假设。实验结果测得的夹断电压与理论预测相一致。该技术提供的实验方法不仅能够帮助设计四管CMOS图像传感器光电二极管的结构,而且也能优化像素生产工艺。     

CMOS图像传感器像元MTF与SNR设计方法

CMOS图像传感器常采用像元在奈奎斯特频率处的调制传递函数(MTF)值对成像质量进行评价.MTF主要由孔径MTF和扩散MTF的频域乘积得到,其中孔径MTF与CMOS图像传感器像元的物理结构相关,扩散MTF主要由感光区p-n结的工艺参数决定,同时工艺参数会影响像元的量子效率(QE),进而影响信噪比(SNR).从CMOS图像传感器像元的工艺参数出发,详细分析了MTF函数和SNR的理论机理,并列举了300～1000 nm光谱段中8个典型光波长条件下CMOS图像传感器像元的MTF和SNR的计算结果,L型灵敏度孔径的像元在奈奎斯特频率处的孔径MTF为固定值0.67,奈奎斯特频率处的扩散MTF随入射光波长的变大而减小,QE在800 nm入射光波长条件下达到峰值85.8％,而相同读出噪声和暗电流条件下的SNR也在800 nm处达到峰值124.     

P型掺杂区工艺对Si基Pinned型光电二极管量子效率的影响

为了更全面、系统地分析Si基Pinned型光电二极管(PPD,pinned photodiode)量子效率的工艺敏感特性,基于考虑表面(SRH,shockley-read -hall)复合率模型的时域有限差分数值模拟方法,对不同P⁺型表面层和P型外延(EPI,e pi taxial)层工艺条件下PPD可见光谱量子效率的变化特征及物理机制进行了研究。结果表明 ,P⁺型表面层离子束注入剂量和注入能量的增加分别引起非平衡载流子SRH复合率升高和 PPD势垒区顶部下移,均可导致低于500nm波段量子效率的衰减,而 后者进一步引起的势垒区纵向宽度缩 减使该影响可持续至650nm波段;P型EPI掺杂浓度增加引起PPD势垒 区底部上移,导致500～750nm 波段量子效率的衰减;P型EPI厚度增加引起衬底强SRH复合区光电荷比重降低,导致高于700 nm波段量 子效率得到提升并趋向饱和。通过分析发现,Si基材料中光子吸收深度对波长的强依赖关系 是导致两种P型 掺杂区工艺条件对量子效率存在波段差异性影响的根本原因。     

渐变In组分InGaN/GaN多量子阱结构中的相分凝及其对提高量子效率的作用研究

利用光荧光、阴极荧光以及时间分辨荧光光谱技术研究了具有不同In组分的渐变InGaN/GaN多量子阱结构中的相分凝现象。在10 K的荧光光谱中,所有的三个样品中除了主发光峰位外,在其高能及低能位置处还出现了另外两个发光峰,表现出了明显的相分凝现象。三个样品阴极荧光结果中呈现出了明显的强度对比,证明了相分凝现象随着量子阱中In组分的增加而加剧。在15 K的时间分辨荧光光谱中,随着In组分的增加,谱线的上升时间得到了延迟,这表明了载流子在由于相分凝而造成的低、高In组分结构中的输运。     

紫外可见NMOS线阵图像传感器量子效率的定标研究

作为一种新型紫外可见线阵图像传感器,紫外可见NMOS已经应用于国外的空间遥感探测中,但是目前在国内相关研究甚少。在紫外可见波段针对NMOS的重要光电性能参量量子效率进行了定标研究,为NMOS线阵图像传感器在紫外空间遥感探测的应用奠定了基础。基于美国标准技术研究院(NIST)标定的标准探测器,构建了一套NMOS量子效率高精度定标系统。在250~700 nm波段范围内,通过直接标定NMOS入射窗口处接收到的光子数,结合NMOS信号处理及读出单元得到NMOS的响应电子数,标定其量子效率。结果表明NMOS线阵图像传感器的量子效率在紫外波段达到34%@275 nm,在可见波段达到80%@550 nm。通过不确定度分析,量子效率的测量不确定度为2.5%。     

一种高度集成化的仿生偏振导航传感器

模仿昆虫复眼中的偏振敏感神经结构,利用四方向金属纳米光栅、互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器和微控制器(MCU)设计了高度集成化的仿生偏振导航传感器。首先,利用纳米压印工艺将四方向金属纳米光栅直接集成在CMOS上,各偏振化单元角度精确,没有分立器件带来的装配误差。MCU采集含有偏振信息的图片,对原始图像进行预处理后,提取各偏振区域的光强值,计算偏振方位角并通过串口输出。最后,在室内积分球下对光栅局部缺陷和光学特性参数进行校正,标定后的传感器测量角度误差不超过±0.2°。提出的传感器具有集成度高、体积小、鲁棒性好等优点,依靠大气中稳定的偏振分布模式可以实现自主导航。     

基于多次N型离子注入对4T像素光吸收效率及电荷转移的优化

为了提高像素的光吸收效率,优化电荷的转移,提出了多次N型离子注入的方法形成PPD的N埋层。通过不同能量的N型离子注入拓展了N埋层的吸收深度从而提高了光的吸收效率;通过在N埋层形成横向的非均匀掺杂分布,减小了电荷转移的势垒,优化了电荷的转移。仿真结果表明,经过改进后长波长光的吸收效率可以提高约10％,电荷转移后残留的电子浓度大约可以减小两个数量级。     

一种新型高分子聚合物TPA20的荧光量子效率

以硫酸奎宁作荧光标准物,用相对测量法测定一种新型聚芴类高分子聚合物TPA20稀溶液的荧光量子效率为70.9%.实验证明其作为一种新型发光材料,发光性能良好,并有望成为新型的激光物质.相对测量法方法简单、结果相对准确、重现性好、操作条件简易可行且数据处理计算方便.     

一种利用反射率理论模型指导K2CsSb光电阴极的制备方法

针对中微子和宇宙射线探测用的大尺寸K2CsSb光电阴极,本文首先利用光学导纳矩阵法,推导了适用于多层膜的K2CsSb光电阴极理论模型.通过该模型对K2CsSb光电阴极生长提出了增透层蒸镀、底K蒸镀、K/Sb同蒸、进Cs蒸镀4个阶段的制备方法,在对各个阶段的反射率变化进行的理论仿真后,发现K2CsSb厚度远低于K3Sb厚度,整个阴极结构应该为K2CsSb/K3Sb/增透层/玻璃的4层结构;仿真计算结果表明,利用该制备方法获得的K2CsSb光电阴极厚度约为40 nm.实验中,由于K与Sb同时蒸镀时采用了不同的蒸镀比例会导致截然不同的反射率曲线走势,从而影响到K2CsSb的量子效率差异.