고성능 CMOS Image Sensor를 위한 새로운 포토게이트 능동 픽셀 구조의 설계와 특성분석

Abstract

본 논문에서는 고성능 시모스 이미지 센서를 위한 새로운 포토게이트 능동 픽셀 구조를 제안하고 구현하였다. 제안된 구조는 $0.35 - \um m$ CMOS표준공정을 사용하였다. 원하는 성능을 실현하기 위해 새로운 포토게이트 구조가 도입되었다. 기존의 구조와의 비교 및 성능의 분석을 위해 전기적 혹은 광적인 특성분석이 이루어졌다. 픽셀의 기본적인 동작방식은 기존의 3T 구조와 동일하다. 측정은 주된 성능지수 위주로 이루어 졌다. 그것은 Dark Signal, Conversion Gain, Sensitivity, 그리고 Dynamic Range 들이다. Dark Signal은 최소 흡수가능 빛의 세기를 예측하기 위해 측정된다. Dynamic Sensitivity 동작을 검증하기 위해 10lx와 500lx의 빛의 세기에 대해 민감도를 측정하였다. 더욱이 Cint를 측정하기 위해 C-V측정이 이루어 졌다. 마지막으로 Dynamic-Range의 측정이 이루어 졌다. 제안된 포토게이트 구조는 역동적인 Cint 특성을 보이며, 이 특성은 포토게이트 전압으로 제어가 가능하다. Cint가 민감도에 반비례하기 때문에, 역동적인 Cint는 역동적인 민감도와 적응성 민감도를 낳는다. 적절한 포토게이트 전압을 인가한 상태에서, DR은 3배, S는 2배 개선되는 특성을 나타내었다. 결과적으로 새로운 구조는 최적화와 제어가 가능하다. 측정된 결과는 제안된 구조가 고성능 이미지 센서를 위한 유력한 후보 소자임을 말해 준다.