CMOS图像传感器的工作原理及研究

CMOS图像传感器的工作原理及研究CMOS 图像传感器的工作原理及研究

1 引言 自从上世纪 60 年代末期，美国贝尔实验室提出固态成像器件概念后，固体图像传感器 便得到了迅速发展，成为传感技术中的一个重要分支，它是 PC 机多媒体不可缺少的外设， 也是监控中的核心器件。互补金属氧化物半导体（CMOS）图像传感 器与电荷耦合器件（CC D）图像传感器的研究几乎是同时起步，但由于受当时工艺水平的限制，CMOS 图像传感器图 像质量差、分辨率低、噪声降不下来和光照灵敏度不够，因而没有得到重视和发展。而 CCD 器件因为有光照灵敏度高、噪音低、像素少等优点一直主宰着图像传感器市场。由于集成电 路设计技术和工艺水平的提高，CMOS 图像传感器过去存在的缺点，现在都可以找到办法克 服，而且它固有的优点更是 CCD 器件所无法比拟的，因而它再次成为研究的热点。 70 年代初 CMOS 传感器在 NASA 的 Jet Propulsion Laboratory(JPL)制造成功，80 年 代末，英国爱丁堡大学成功试制出了世界第一块单片 CMOS 型 图像传感器件，1995 年像元 数为（128×128）的高性能 CMOS 有源像素图像传感器由喷气推进实验室首先研制成功[1]， 1997 年英国爱丁堡 VLSI Version 公司首次实现了 CMOS 图像传感器的商品化， 就在这一年， 实用 CMOS 技术的特征尺寸已达到 0.35mm，东芝研制成功了光敏二极管型 APS，其像元尺寸 为 5.6mm×5.6mm，具有彩色滤色膜和微透镜阵列，2000 年日本东芝公司和美国斯坦福大学 采用 0.35mm 技术开发的 CMOS-APS 已成为开发超微型 CMOS 摄像机的主流产品。 2 技术原理 CCD 型和 CMOS 型固态图像传感器在光检测方面都利用了硅的光电效应原理，不同点在 于像素光生电荷的读出方式。CMOS 图像传