[發明專利]一種不同光強對CMOS圖像傳感器像素單元滿阱容量影響的仿真方法

在審

• 申請號: 202210538335.3
• 申請日: 2022-05-17
• 公開（公告）號: CN114900687A
• 公開（公告）日: 2022-08-12
• 發明（設計）人: 李豫東;馮婕;傅婧;文林;郭旗
• 申請（專利權）人: 中國科學院新疆理化技術研究所
• 主分類號: H04N17/00
• 分類號: H04N17/00;H04N5/374
• 代理公司: 烏魯木齊中科新興專利事務所(普通合伙) 65106
• 代理人: 張莉

本發明涉及一種不同光強對CMOS圖像傳感器像素單元滿阱容量影響的仿真方法，該方法通過在CMOS圖像傳感器像素單元曝光階段開始之前，對鉗位光電二極管進行復位，設置傳輸柵柵壓為0V，使光電二極管處于積累狀態，然后在仿真環境中采用準直光源入射，調用光注入模型，實現光產生過程的模擬，再設置固定光強，采用瞬態模擬，提取鉗位光電二極管中的光生載流子數目隨積分時間的變化曲線，獲得滿阱容量，最后改變光強，重復提取光生載流子數目隨積分時間的變化曲線，直到滿阱容量與前一次光強條件下的滿阱容量相同時停止提取，即實現了不同光強對CMOS圖像傳感器像素單元滿阱容量影響的模擬。本發明可以直觀地看出不同光強對滿阱容量的影響。

技術領域

本發明涉及圖像傳感器像素單元仿真技術領域，具體涉及一種不同光強對CMOS圖像傳感器像素單元滿阱容量影響的仿真方法。

背景技術

互補金屬氧化物半導體(Complementary Metal Oxide Semiconductor，CMOS)圖像傳感器的滿阱容量代表可存儲在光電二極管勢阱內的最大電荷量，是衡量CMOS圖像傳感器感光能力的重要指標。對于多位數字圖像傳感器，當光強足夠大或曝光時間足夠長的情況下，圖像的灰度值總會達到一個定值，即滿阱容量。

之前關于滿阱容量的研究中，很少考慮滿阱容量與不同光強之間的關系。但從最近的研究中發現，光強對滿阱容量存在極大的影響，認為除非指定光強，否則不能對滿阱容量進行定義。這些結論對于CMOS圖像傳感器的表征和設計至關重要，如果不同的光強對應不同的滿阱容量，則不考慮光強的情況下得到的滿阱容量和由滿阱容量確定的動態范圍、信噪比、靈敏度等參數的評估結果都可能存在極大的誤差。

發明內容

本發明的目的在于，提供一種不同光強對CMOS圖像傳感器像素單元滿阱容量影響的仿真方法，該方法通過在CMOS圖像傳感器像素單元曝光階段開始之前，對鉗位光電二極管進行復位，設置傳輸柵柵壓為0V，使光電二極管處于積累狀態，然后在仿真環境中采用準直光源入射，調用光注入模型，實現光產生過程的模擬，再設置固定光強，采用瞬態模擬，提取鉗位光電二極管中的光生載流子數目隨積分時間的變化曲線，獲得滿阱容量，最后改變光強，重復提取光生載流子數目隨積分時間的變化曲線，直到滿阱容量與前一次光強條件下的滿阱容量相同時停止提取，即實現了不同光強對CMOS圖像傳感器像素單元滿阱容量影響的模擬。本發明可以直觀地看出不同光強對滿阱容量的影響。

本發明所述的一種不同光強對CMOS圖像傳感器像素單元滿阱容量影響的仿真方法，按下列步驟進行：

a、在CMOS圖像傳感器像素單元曝光階段開始之前，對鉗位光電二極管進行復位，設置傳輸柵柵壓為0V，使光電二極管處于積累狀態；

b、在TCAD軟件仿真環境中采用準直光源入射，調用TCAD軟件中的Ray Tracing光注入模型，實現光產生過程的模擬；

c、設置固定光強，采用瞬態模擬，提取鉗位光電二極管中的光生載流子數目隨積分時間的變化曲線，獲得滿阱容量；

d、改變光強，重復步驟c，直到滿阱容量與前一次光強條件下的滿阱容量相同時，停止提取鉗位光電二極管中的光生載流子數目隨積分時間的變化曲線，即得到不同光強對CMOS圖像傳感器像素單元滿阱容量影響的模擬。

本發明所述的一種不同光強對CMOS圖像傳感器像素單元滿阱容量影響的仿真方法，具體操作按下列步驟進行：

a、在CMOS圖像傳感器像素單元曝光階段開始之前，對鉗位光電二極管進行復位，設置傳輸柵柵壓為0V，使光電二極管處于積累狀態；