Small Linewidth CMOS Image Sensors

Abstract

Diplomityössä käsitellään kuvasensorin toteuttamista modernilta CMOS prosessilla. Aluksi käsitellään elektronisen kuvantamisen perusteet ja miten CMOS prosessilla voidaan toteuttaa kuvasensori. Tämän jälkeen kuvataan tyypillisen CMOS kuvasensorin rakenne, toiminta ja saavutettavissa olevat suoritusarvot.

Työstä saatua tietoa on tarkoitus soveltaa kuvasensorin integroimiseen samalle piirille kuvankäsittelyyn tarkoitetun rinnakkaisprosessorin kanssa. Tällaisella rakenteella voidaan saavuttaa erittäin tehokas kuvantamisratkaisu konenäkösovelluksiin.

Työhön liittyen suunniteltiin ja toteutettiin 64x64 pikselin aktiivipikselisensori ja testirakenne erilaisten fotodiodien vertailemiseksi. Molemmat rakenteet prosessoitiin 0,18µm ja kuuden metallikerroksen digitaali CMOS prosessilla. Sensorilla saavutettiin kahden voltin käyttöjännitteellä 1,8V/lx/s herkkyys, 52dB dynaaminen alue ja parhaimmillaan 37dB signaalikohinasuhde. Testirakenteen mittauksista saatiin selville, että n-kaivo p-substraatti fotodiodin spektrisen kvanttihyötysuhteen huippu on 430nm kohdalla ja n-diffuusio p-substraatti diodin 525nm kohdalla. Lisäksi havaittiin n-diffuusio p-substraatti diodin herkkyyden olevan neljä kertaa huonompi kuin n-kaivo p-substraatti diodin.