CMOS图像传感器光电二极管模型.pdf

第37卷第6期
电子器件
ol.37 No 6
2014年12月
Chinese Journal of Eleetron Devices
Dec.2014
Modeling of Photodiode for CMOS Image Sensor
QIN Zhen 2, LIN Zulun", YE Xiangping ,Q1 Kangcheng, WANG Xiaoju
(1. Sh f - iI om, v y of Ecic S e and e hnology of China, engdu 610054, Chn
2.Guangdong Huizhow ality and Measuing Su erosion esting Instiute, Hihou Guangdong 516003, C)
Abstract: In order to research on the photoelectric conversion phenomena of photodiode for CMOS
Image sensor。We
construct an accurate and reasonable mathematical-physical model. We utilize the minority carrier equilibrium conti-
nuity equations to establish an one-dimensional physical model of photodiode. By means of MATLAB, the relation-
ship between responsivity and wavelength of photodiode(including three types: two-layer structure of n/p sub type
and n well/ sub type, and three-layer structure of p /n well/p sub type)is found out. Finally, the simulation re
sults are analyzed and compared with practical data. We confirmed the model can basically reflect the actual physi
cal situation
Key words: CMOS; image sensor; photocurrent; photodiode; absorption coefficient
EじACC:4250
doi:10.3969/1j.iss.-1005-9490.2014.06.006
CMOS图像传感器光电二极管模型
秦臻'2,林祖伦2“,叶祥平2,祁康成'2,王小菊
(1电子科技大学光电信息学院,成都610054;2.广东省惠州市质量计量监督检测所,广东惠州516003)
摘要:为了更好的对CMOS图像传感器中光电二极管的光电转换物理现象进行研究,需要建立正确合适的光电二极管数
学物理模型。通过少数载流子稳态连续方程建立光电二极管的一维物理模型,求解方程后,代入参数在 MATLAB中对两层结
构的n'/psub型和 n well/p sub型,以及三层结构的p'/ n well/p sub型二极管进行了计算模拟,得到了3种二极管响应率
与波长的关系曲线。最后将结果与实际值进行了对比分析,确认了模型能够在一定程度上反映实际的物理情况。
关键词:CMOS;图像传感器;光电流;光电二极管;吸收系数
中图分类号:TP212.1;TN364.2
文献标识码:A
文章编号:1005-9490(2014)06-1039-04
最近几年,由于CMOS技术和工艺的迅速发展,数学物理模型。最后通过求解方程和仿真计算,得
因而在固态图像传感器领域里,CMOS图像传感器到3种结构光电二极管响应率与波长之间的关系。
越来越受到重视。而在CMOS传感器中主要运用的
光电转换结构是光电二极管其性能对整个成像系1建立CMOS光电二极管模型
统的性能有着很重要的作用。所以对于传感器的硏1,1物理结构
究首先要了解光电二极管的光谱响应特性,因此有
根据标准n- well CMOS工艺,光电二极管的物
必要建立合适的光电二极管模型。由于整个图像传理结构主要有3种,包括两层结构的n'/p-sub和n
感器系统要集成到同一块芯片上面,因此光电二极wel/p-sub,以及三层结构的p/n- well/p-sub。图
管的结构必须要遵循标准CMOS工艺能够生产的和图2分别为两层和三层结构示意图,图中标注了
PN结,而不能另外增加制造工艺。本文参考了众各层的厚度。
多文献中对光电二极管建模]以及分析(?的方1.2半导体材料光吸收
法,主要在文献[8]中的基本建模方法之上,通过少
半导体材料中,入射光的光通量gp(x)随人射深
数载流子的稳态连续方程来建立光电二极管的一维度增加呈现指数衰减。可以表示为
项目来源:中央高校基本科研业务项目(ZYGX2010J062);电子科大ー四川长虹“信息显示器件联合实验室”项目
收稿日期:2013-09-27修改日期:2013-11-04