大佬带你看CMOS传感技术，CMOS发展进展详谈

CMOS传感技术在现实生活中具有很强的应用意义，对于CMOS，大家也并不陌生。但是，你知道CMOS目前的发展进展吗?为了增进大家对CMOS的认识，本文将对CMOS发展进展予以介绍。如果你对CMOS具有兴趣，不妨继续和小编一起往下阅读哦。

1、低压驱动掩埋光电二极管型CMOS图像传感器

CMOS图像传感器在低照度下成像质量一直不如CCD，因而提高图像质量是CMOS图像传感器开发的重点。东芝采用掩埋光电二极管新型结构，降低了漏泄电流，在低压下也能确保无电荷残余地完全读出，实现了与CCD摄像器件同等的高质量图像。

2、低噪声高画质CMOS图像传感器

索尼采用独特的"DRSCAN"噪声消除技术和抑制暗电流的"HAD"结构，成功地试制出低噪声高画质1/3英寸33万像素CMOS图像传感器，并计划尽快实现商品化。

独特的"DRSCAN"(Dot SequenTIal Readout System with Current Amplified Signal Output Noise ReducTIon Circuit)技术即是在逐点顺次读出每像素信号和噪声成分的同时，在同一电路中消除晶体管特性不均引起的固定图形噪声，这是以前逐行消除难以做到的。为了消除暗电流引起的固定图形噪声，还借鉴CCD的"HAD"(Hole accumulaTIon diode)结构。在传感器表面形成空穴积累层，从而抑制非入射光引起的暗电流。这两种固定图形噪声的降低，使S/N比提高了25倍，实现了CMOS图像传感器的高画质。而且HAD结构中采用L形门的像素结构，使几乎所有的电子完全转移，实现了无拖影图像信号输出。

3、高灵敏度CMOS图像传感器

日本NEC公司采用0.35 m CMOS工艺技术研制成功了具有双金属光电屏蔽和氮化硅(Si3N4)抗反射膜的深P阱光电二极管结构的CMOS-APS。为了改善器件的灵敏度，NEC公司在研制中采用了深P阱，磷掺杂P型硅衬底，Si3N4、抗反射膜、耗尽晶体管、双金属光电屏蔽等新技术。光入射到常规光电二极管和新型光电二极管的反射率，前者为20% 30%，后者小于10%。由于入射光反射率的降低，提高了器件的灵敏度。其性能参数为：光学尺寸为1/3英寸，像素数为658(H) 493(V)，像素尺寸为7.4 m(H) 7.4 m(V)，芯片尺寸为7.4mm 7.4mm，填充系数为20%，饱和信号为770mV。灵敏度为1090mV/Lx.s-1(无微透镜)，转换增益为30 V/e，动态范围为51dB，暗电流为1.5fA/像素(25℃时)，功耗为69mW，电源电压为3.3V。

4、轨对轨CMOS-APS

美国Photo Vision Systems公司2002年4月开发出一种高分辨率CMOS图像传感器，它具有830万像素的分辨率(3840 2160)，比高清晰度电视(HDTV)的分辨率高4倍，比标准电视的分辨率高32倍。该器件适用于数字电视，演播室广播，安全/生物测定学、科学分析和工业监视等应用场合。这种超高清晰度电视彩色摄像机可以最大30帧每秒的速度拍摄2500万像素的图像(渐进或隔行扫描)。同样，IBM公司也将这种传感器集成到一种具有9.2兆像素22.2英寸大小的液晶显示器中。该传感器使用了Photon Vision Systems公司的CMOS有源像素图像传感器技术，从而使该传感器的分辨率指标达到甚至超过CCD图像传感器。

5、单斜率模式CMOS-APS

美国Photon Vision Systems公司采用常规SOI(silicon-on-insulator)CMOS工艺研制成功了单斜率模式CMOS-APS。像素数为64 64;像素尺寸为20 m(H) 15 m(V);填充系数为50%;芯片尺寸为2mm 2mm;帧速为60帧/秒。该器件的单个像素由源跟随器、行选择晶体管n+-P二极管和复位晶体管等组成。另外我国香港科技大学采用2 mSOI CMOS工艺开发出了低压混合体/SOI CMOS有源像素传感器，在1.2V VDD工作时，暗电流小于50nA/cm2;二极管响应率为500mA/W;转换增益为1 V/e-;输出摆幅大于0.5V;动态范围为74dB。采用常规SOI CMOS工艺制备CMOS有源像素传感器(CMOS-APS)，是CMOS-APS制备工艺的发展方向。因为采用该工艺容易获得低电压、微功耗的CMOS-APS。因此，混合体(hybrid bulk)/SOI CMOS-APS技术是很有吸引力的。使用SOI CMOS工艺是未来制作CMOS图像传感器的理想工艺。

6、CMOS数字像素传感器

CMOS图像传感器的发展至今有三大类，即CMOS-PPS、CMOS-APS、和CMOS-DPS(Digital Pixel sensor)，而CMOS-DPS是最近两年才开发出来的。2001年12月Kodak、cadak、Hewlett-packard、Agilent Technolgies和Stanford大学和California大学等采用标准数字式0.18 m CMOS工艺开发成功了高帧速(10000帧/秒)CMOS数字像素传感器。其性能参数为：像素数为352 288;芯片尺寸为5mm 5mm;晶体管数为380万个;读出结构为64bit(167MHz);最大输出数据速率大于1.33GB/s;最大连续帧速大于10000帧/秒;最大连续像素速率大于1Gpixels/s;像素尺寸为9.4 m(H) 9.4 m(V);光电探测器类型为n MOS光电栅;每个像素的晶体管数为37;该器件的单个像素由光电二极管，模拟数字转换(ADC)、数字存储器和相关双取样(CDS)电路等组成。

CMOS-DPS不像CMOS-PPS和CMOS-APS的模/数(A/D)转换是在像素外进行，而是将模/数(A/D)转换集成在每一个像素单元里，每一像素单元输出的是数字信号，该器件的优点是高速数字读出，无列读出噪声或固定图形噪声，工作速度更快，功耗更低。

7、宽动态范围图像传感器

继CMOS-PPS、CMOS-APS和CMOS-DPS发展之后，德国西根大学半导体电子学研究所采用0.7 m CMOS工艺、PECVD超高真空系统以及专用集成电路(ASIC)薄膜技术;设计和制造了宽动态范围图像传感器。该器件由两部分组成：即PECVD氢化非晶硅(a-Si:H)薄膜是在超高真空中制成的，而ASIC使用标准CMOS工艺制备。这是继CMOS图像传感器问世之后，同CMOS图像传感器一样已经引起人们的重视。薄膜专用集成电路(TFA)图像传感器由正面电极、a-Si:H、背面电极、绝缘层和专用集成电路等组成。像素数为368 256、495 128、1024 108像元，像元尺寸分别为30 m 38 m、10 m 10 m、芯片尺寸分别为16.5mm 14.9mm，16.6mm 12.6mm，动态范围为60dB 125dB。

8、APD图像传感器

2001年，瑞士联邦技术学院电子学实验室的Alice Biber和Peter Seitz等人，采用1.2 m标准BiCMOS工艺研制成功了雪崩光电二极管图像传感器(APDIS)，每个像素由雪崩光电二极管(APD)、高压稳定电路和图像读出电子部件组成。与常规CMOS有源像素传感器(CMOS-APS)比较，集成APD像素现存的反馈电阻将由反馈电容代替，放大器的热噪声为Vn,amp=30nV/Hz1/2，源跟随器热噪声为Vn,sf=17nV/Hz1/2，C=200fF时(1fF=10-15F)，复位(KT/C)噪声的计算值为144 V;增益为1和15时，APD的噪声(i n,APD)分别为3.2 10-33A2/Hz和14.4 10-27A2/Hz。每个球形结构的APD的外部直径为48 m，像素数为12 24，芯片尺寸为2.4mm 2.4mm，总的像素尺寸为154 m 71.5 m。用该器件已组装成了首台APDIS摄像机，拍摄出了清晰的黑白图像。

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