用于CMOS图像传感器的光电二极管的模型.pdfVIP

2005年11月 第十四届全国半导体集成电路、硅材料学术会议 珠海 用于CMOS图像传感器的光电二极管的模型 ZUlun) 刁静(Diaojing)林祖伦(Lin 成都电子科技大学光电信息学院，中国．成都 Electric SchoolOf of Scienceand Opto—ElectronicInformation，University of TechnologyChina，Chengdu，China，610054 摘要：在研究CMOS图像传感器的结构之前，建立正确的光电二极管模型是很有必要的。 本文详细地介绍了模型的建立。利用少数载流子的稳态连续性方程和半导体材料对光的吸 收，求出光电流的表达式。再用MATLAB进行计算，得到两种二极管的响应率与波长的关 系图，并对结果进行了分析。最后将模拟值与测量值对比，基本相符，证明了该模型的正 确性。 modelusedinCMOSsensor photodiode image Abstract：Itis tOconstructanaccurateandreasonablemodelbefore important conducting researchonthestructureofCMOS sensor．Inthis utilizethe carrier image paper,we minority andsemiconductor of to the equilibriumcontinuityequations material’absorptionphotoget ofcurrentinduced meansof the MATLAB，we expression byphoto．Then，by get relationship between and and the modelis tobe responsivitywavelengthanalyzeresult．Finally,theproved itwiththe result． rightbycomparing experimental 关键字：光电二极管，光电流， 暗电流，吸收系数，响应率 induced Keywords：photodiode，currentbyphoto，dark 一．引言 目前，较为流行的CMOS图像传感器的光电转换器件是光电二极管。在研究传感器的 结构及电路之前清楚地了解光电二极管的响应特性是非常重要的，因此有必要对光电二极 管建立正确的模型。鉴于标准的CMOS工艺，图像传感器用的光电二极管主要分为两层结 多资料中[1，2]仅仅对两层结构建模，而忽略了三层结构。根据标准的CMOS工艺的各层 厚度，波长较长的光到达psub层时仍然会有较多的吸收，因此建立三层结构和多层结构 模型是非常有必要的。本文采用待定系数的方法较方便地求解少数载流子的稳态连续性方 程，建立了两层结构和三层结构的模型。最后得到了两种光电二极管的响应率与波长的关 系。 二．OLIOS光电二极管模型的建立 1．物理结构 光电二极管的物理结构如图l和图2所示。 图1为两层结构，它可以表