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Martin-Gonthier, Philippe (2010)
Languages: French
Types: Article
Subjects: Capteurs CMOS, Dynamique, Bruit basse fréquence, Bruit de lecture, RTS, Pixel photodiode, 621
Ce travail porte sur la dynamique des capteurs d’image CMOS à réponse linéaire dédiés aux applications spécifiques afin d’explorer les voies d’amélioration amenant à l’obtention de dynamiques importantes. La définition détaillée de la dynamique des capteurs d’image CMOS a permis de mettre en évidence deux voies d’amélioration : l’extension de l’excursion en tension en sortie de la chaîne de lecture et la minimisation du bruit du capteur. L’extension de l’excursion en tension en sortie de la chaîne de lecture nous a amené à travailler, en collaboration avec le fondeur, sur le procédé de la technologie UMC CIS 0,35μm ce qui a conduit à la modification des implantations ioniques de contrôle des tensions de seuil des transistors intra-pixel. Cela a permis d’augmenter l’excursion en tension en sortie de l’imageur. L’utilisation d’une technologie profondément submicronique permettant l’utilisation de plusieurs types de tension de seuil des transistors (standard, faible ou nulle) a également été analysée. Là encore, l’augmentation de l’excursion en tension en sortie de l’imageur amène une augmentation de la dynamique. La seconde voie d’amélioration a montré les différentes techniques de réduction existantes des contributeurs majoritaires de bruit dans les pixels de type photodiode 3T et 4T. La réduction de ces sources de bruit a mis en évidence le bruit basse fréquence de type RTS (Random Telegraph Signal). L’impact de ce bruit se traduit par une augmentation conséquente du nombre de pixels bruyants de l’imageur dégradant ainsi la performance globale en dynamique du capteur d’image. L’origine et des techniques de réduction originales de ce type de bruit ont été explorées. This work focuses on the dynamic range of CMOS image sensors with linear response dedicated to specific applications in order to explore ways to improve dynamic range. The detailed definition of the CMOS image sensors dynamic range has highlighted two ways of improvement: the output voltage swing extension of the readout chain and the noise reduction of the sensor. The output voltage swing extension has led us to work in cooperation with the founder, on the UMC 0.35 micron CIS process technology leading to changes in ion implantation control of threshold voltages of in-pixel transistors. This helped to increase the output voltage swing of the imager. Deep submicron technologies which allow the use of several types of transistor threshold voltage (standard, low or zero) was also analyzed. Again, the increase of output voltage swing of the imager leads to an increase of dynamic range. The second improvement way showed different techniques to reduce the main contributors of noise in the photodiode (type 3T and 4T) pixels. The reduction of these noise sources has highlighted the low frequency noise and particularly the RTS (Random Telegraph Signal) noise. The impact of this noise results in a substantial increase of the noisy pixel number, degrading the overall performance of the image sensor dynamic range. The origin and original reduction techniques of this noise were explored.
  • No references.
  • No related research data.
  • No similar publications.

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