포토게이트 구동을 이용한 능동 픽셀 구조의 Dynamic Range와 Spectral Response 의 향상

Abstract

본 논문에서는 저가의 Standard CMOS 0.18μm 공정을 사용하여 Self-adaptive APS의 성능을 향상시킬 수 있는 photogate engineering과 관련하여 그 원리를 제시하고 측정을 통하여 그 특성을 분석하였다. 1장에서는 연구의 배경과 논문의 구성에 대해서 말하였다. 2장에서는 이미지 센서의 기초 및 배경에 대해서 설명을 하였다. 우선 광학적 정보를 전기적 정보로 변환을 하는 과정에 대해 설명을 하고 기존의 pixel구조에 대한 설명 및 성능을 결정하는 여러 가지 요소에 대해 소개한다. 그리고 기존에 제안된 Self-adaptive APS의 구조 및 동작원리, Conventional APS와의 성능 비교를 제시하였다. 3장에서는 Self-adaptive APS의 dark signal 성능을 최적화하기 위해 photogate engineering과 관련된 내용에 대해 설명을 하였다. 우선 Self-adaptive APS 구조에서 dark signal 에 영향을 주는 요인들에 대해서 설명을 하고 photogate bias와 size를 조절하여 dark signal성능이 최적화되는 조건을 설정한 뒤 Optical response를 측정하여 전체적인 성능을 비교하였다. 이를 이용하여 Dynamic Range를 향상시키기 위한 새로운 방법의 photogate 구동 방법에 대하여 설명을 한 후 이에 대한 측정 결과를 보였다. 4장에서는 Self-adaptive APS에 사용된 photogate로 인한 Quantum Efficiency degradation을 photogate size를 조절하며 측정을 하였고, Self-adaptive APS의 high conversion gain mode를 이용하여 Spectral Response가 향상됨을 보였다. 마지막 5장에서는 연구 결과를 정리하고 종합적인 분석을 한 뒤 결론을 맺고 앞으로의 연구 과제를 제시하였다.