개선된 fixed pattern noise 특성을 가지는 hard-reset mode self-adaptive CMOS 능동 픽셀 센서에 관한 연구

Abstract

최근에 CMOS Image Sensor(CIS) 는 다양한 분야에 이용되고 있다. CIS에서 중요한 factor로는 dynamic range, sensitivity, Fixed Pattern Noise등이 있으며 본 연구실에서는 높은 sensitivity와 넓은 dynamic range를 가지는 픽셀에대한 연구로 Self-adaptive APS를 개발하였다. 하지만 위의 픽셀에는 동작 방법의 특성상 capacitance가 중간에 커지기 때문에 문턱전압의 영향이 reset 과 signal의 출력시에 달라지게 되어 높은 FPN이 나타나게되는 단점이 있다. 이와같은 높은 FPN이 나타나는 주요한 원인으로 reset 트랜지스터의 문턱전압 variation이 있으며 본 연구에서는 reset 트랜지스터 문턱전압의 variation을 줄여 최종적으로 Self-adaptive APS에서 낮은 FPN을 구현하는데 목표가 있다. SAPS에서 높은 FPN이 나타나는 주요한 원인을 Cadence Monte carlo simulaion을 통해 검증하였으며, Hard-reset mode를 이용하는 SAPS를 제안하고 simulation 검증 후, Magnachip 0.18um CMOS logic process를 통해 픽셀을 array로 제작하여 최종적인 FPN값을 추출하였다. 그 결과 기존 SAPS보다 67% 감소한 7 mV 정도의 FPN을 얻을 수 있었다. 이와같은 연구를 통하여 약한 빛에서는 높은 sensitivity를 가지며 강한 빛에서는 넓은 dynamic range를 갖고 낮은 FPN을 갖는 픽셀을 구현할 수 있었다.