CMOS傳感器的案例
一期一會(huì) | CMOS圖像傳感器的設(shè)計(jì)
CMOS圖像傳感器是一種采用互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體（CMOS）技術(shù)的半導(dǎo)體器件，旨在將入射光轉(zhuǎn)換為數(shù)字圖像。與大多數(shù)數(shù)字?jǐn)z像頭一樣，其通過半導(dǎo)體芯片表面的數(shù)千個(gè)光子探測(cè)器來(lái)檢測(cè)入射光。每個(gè)探測(cè)器通過將光子的能量轉(zhuǎn)換為電流來(lái)測(cè)量吸收的光子的頻率（顏色）和數(shù)量（亮度）。然后，連接在每個(gè)探測(cè)器上的晶體管將電流放大。這種類型的圖像傳感器被稱為有源像素傳感器（APS）。
由于CMOS圖像傳感器采用標(biāo)準(zhǔn)半導(dǎo)體制造技術(shù)制成，因此芯片通常包括信號(hào)處理、模數(shù)轉(zhuǎn)換器和片上數(shù)字邏輯。這就構(gòu)成了一個(gè)完整的芯片攝像頭。該技術(shù)支持眾多成像應(yīng)用，包括智能手機(jī)上的微型數(shù)字?jǐn)z像頭、高清高速專業(yè)攝像機(jī)以及衛(wèi)星上的地球觀測(cè)傳感器。
CMOS與CCD圖像傳感器
20世紀(jì)60年代末，兩大主導(dǎo)圖像傳感技術(shù)——感光耦合元件（CCD）和CMOS傳感器，幾乎同時(shí)得到開發(fā)。兩者都利用了光電效應(yīng)，當(dāng)光粒子[1]/光子被原子吸收并將能量傳遞給原子中的電子時(shí)，就會(huì)發(fā)生光電效應(yīng)。
如果吸收了足夠的能量，原子就會(huì)發(fā)射出電子，從而在半導(dǎo)體材料中產(chǎn)生負(fù)電荷。圖像傳感器中吸收光、產(chǎn)生電子的區(qū)域被稱為光電二極管。光電二極管被排列成一個(gè)陣列，可以測(cè)量聚焦在其表面的光的顏色和強(qiáng)度。
在CCD傳感器中，來(lái)自光電二極管的電子被捕獲到一系列電容器中，然后進(jìn)行放大。在CMOS傳感器中，電子被直接輸入到晶體管中，并在探測(cè)器處放大。CCD方法的最大優(yōu)勢(shì)是電容器位于光電二極管后面，可為每個(gè)像素提供更大的光吸收區(qū)域。CMOS傳感器中的晶體管緊鄰光電二極管，僅留下30%的表面區(qū)域（被稱為填充因子）用于光探測(cè)。
CMOS技術(shù)是一種成熟的半導(dǎo)體制造工藝，因此與CCD攝像頭相比，CMOS傳感器的制造成本要低得多。
展開 CMOS圖像傳感器的設(shè)計(jì)
CMOS圖像傳感器是一種采用互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體（CMOS）技術(shù)的半導(dǎo)體器件，旨在將入射光轉(zhuǎn)換為數(shù)字圖像。與大多數(shù)數(shù)字?jǐn)z像頭一樣，其通過半導(dǎo)體芯片表面的數(shù)千個(gè)光子探測(cè)器來(lái)檢測(cè)入射光。每個(gè)探測(cè)器通過將光子的能量轉(zhuǎn)換為電流來(lái)測(cè)量吸收的光子的頻率（顏色）和數(shù)量（亮度）。然后，連接在每個(gè)探測(cè)器上的晶體管將電流放大。這種類型的圖像傳感器被稱為有源像素傳感器（APS）。
由于CMOS圖像傳感器采用標(biāo)準(zhǔn)半導(dǎo)體制造技術(shù)制成，因此芯片通常包括信號(hào)處理、模數(shù)轉(zhuǎn)換器和片上數(shù)字邏輯。這就構(gòu)成了一個(gè)完整的芯片攝像頭。該技術(shù)支持眾多成像應(yīng)用，包括智能手機(jī)上的微型數(shù)字?jǐn)z像頭、高清高速專業(yè)攝像機(jī)以及衛(wèi)星上的地球觀測(cè)傳感器。
CMOS與CCD圖像傳感器
20世紀(jì)60年代末，兩大主導(dǎo)圖像傳感技術(shù)——感光耦合元件（CCD）和CMOS傳感器，幾乎同時(shí)得到開發(fā)。兩者都利用了光電效應(yīng)，當(dāng)光粒子[1]/光子被原子吸收并將能量傳遞給原子中的電子時(shí)，就會(huì)發(fā)生光電效應(yīng)。
如果吸收了足夠的能量，原子就會(huì)發(fā)射出電子，從而在半導(dǎo)體材料中產(chǎn)生負(fù)電荷。圖像傳感器中吸收光、產(chǎn)生電子的區(qū)域被稱為光電二極管。光電二極管被排列成一個(gè)陣列，可以測(cè)量聚焦在其表面的光的顏色和強(qiáng)度。
在CCD傳感器中，來(lái)自光電二極管的電子被捕獲到一系列電容器中，然后進(jìn)行放大。在CMOS傳感器中，電子被直接輸入到晶體管中，并在探測(cè)器處放大。CCD方法的最大優(yōu)勢(shì)是電容器位于光電二極管后面，可為每個(gè)像素提供更大的光吸收區(qū)域。CMOS傳感器中的晶體管緊鄰光電二極管，僅留下30%的表面區(qū)域（被稱為填充因子）用于光探測(cè)。
CMOS技術(shù)是一種成熟的半導(dǎo)體制造工藝，因此與CCD攝像頭相比，CMOS傳感器的制造成本要低得多。
展開 什么是CMOS圖像傳感器？
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CMOS圖像傳感器是一種采用互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體（CMOS）技術(shù)的半導(dǎo)體器件，旨在將入射光轉(zhuǎn)換為數(shù)字圖像。與大多數(shù)數(shù)字?jǐn)z像頭一樣，其通過半導(dǎo)體芯片表面的數(shù)千個(gè)光子探測(cè)器來(lái)檢測(cè)入射光。每個(gè)探測(cè)器通過將光子的能量轉(zhuǎn)換為電流來(lái)測(cè)量吸收的光子的頻率（顏色）和數(shù)量（亮度）。然后，連接在每個(gè)探測(cè)器上的晶體管將電流放大。這種類型的圖像傳感器被稱為有源像素傳感器（APS）。
由于CMOS圖像傳感器采用標(biāo)準(zhǔn)半導(dǎo)體制造技術(shù)制成，因此芯片通常包括信號(hào)處理、模數(shù)轉(zhuǎn)換器和片上數(shù)字邏輯。這就構(gòu)成了一個(gè)完整的芯片攝像頭。該技術(shù)支持眾多成像應(yīng)用，包括智能手機(jī)上的微型數(shù)字?jǐn)z像頭、高清高速專業(yè)攝像機(jī)以及衛(wèi)星上的地球觀測(cè)傳感器。
CMOS與CCD圖像傳感器
20世紀(jì)60年代末，兩大主導(dǎo)圖像傳感技術(shù)——感光耦合元件（CCD）和CMOS傳感器，幾乎同時(shí)得到開發(fā)。兩者都利用了光電效應(yīng)，當(dāng)光粒子[1]/光子被原子吸收并將能量傳遞給原子中的電子時(shí)，就會(huì)發(fā)生光電效應(yīng)。
如果吸收了足夠的能量，原子就會(huì)發(fā)射出電子，從而在半導(dǎo)體材料中產(chǎn)生負(fù)電荷。圖像傳感器中吸收光、產(chǎn)生電子的區(qū)域被稱為光電二極管。光電二極管被排列成一個(gè)陣列，可以測(cè)量聚焦在其表面的光的顏色和強(qiáng)度。
在CCD傳感器中，來(lái)自光電二極管的電子被捕獲到一系列電容器中，然后進(jìn)行放大。在CMOS傳感器中，電子被直接輸入到晶體管中，并在探測(cè)器處放大。CCD方法的最大優(yōu)勢(shì)是電容器位于光電二極管后面，可為每個(gè)像素提供更大的光吸收區(qū)域。CMOS傳感器中的晶體管緊鄰光電二極管，僅留下30%的表面區(qū)域（被稱為填充因子）用于光探測(cè)。
CMOS技術(shù)是一種成熟的半導(dǎo)體制造工藝，因此與CCD攝像頭相比，CMOS傳感器的制造成本要低得多。
展開 一文了解CMOS圖像傳感器攝像頭的進(jìn)階設(shè)計(jì)方法
CMOS圖像傳感器廣泛應(yīng)用于當(dāng)今的數(shù)碼相機(jī)和手機(jī)，它利用了現(xiàn)有的CMOS制造工藝，已成為低成本圖像傳感設(shè)計(jì)方法。現(xiàn)在，有一種設(shè)計(jì)CMOS圖像傳感器攝像頭的進(jìn)階方法——通過Ansys Lumerical與Ansys SPEOS之間的互操作，工程師能夠設(shè)計(jì)包含宏觀透鏡和微觀傳感器的攝像頭系統(tǒng)，且優(yōu)化CMOS傳感器的效率。該工作流程能幫助工程師考慮真實(shí)照明條件，同時(shí)優(yōu)化CMOS圖像傳感器。
Ansys SPEOS可預(yù)測(cè)系統(tǒng)的照明和光學(xué)性能。SPEOS使工程師能在宏觀尺度上研究光與機(jī)械幾何結(jié)構(gòu)的相互作用，節(jié)省原型設(shè)計(jì)的時(shí)間與成本。
Ansys Lumerical提供納米光子仿真工具，讓用戶能在波長(zhǎng)尺度上對(duì)光與幾何結(jié)構(gòu)的相互作用進(jìn)行建模，包括光學(xué)、電子和熱效應(yīng)。
SPEOS和Lumerical可以共享各種應(yīng)用的仿真信息，例如平視顯示器（HUD）、具有表面等離子體的系統(tǒng)、衍射光柵、發(fā)光結(jié)構(gòu)、表面和體積散射、衍射光學(xué)元件等。CMOS傳感器攝像頭的新工作流程是這個(gè)不斷增加的應(yīng)用列表中的新成員，結(jié)合SPEOS和Lumerical工具，Ansys為完整的光學(xué)系統(tǒng)提供了仿真解決方案。
在Ansys Lumerical FDTD（左）和Lumerical CHARGE（右）中建模的CMOS圖像傳感器
CMOS圖像傳感器攝像頭：
Ansys Lumerical FDTD可用于為CMOS圖像傳感器等納米光子器件的光學(xué)屬性建模?？傻玫降年P(guān)鍵屬性包括：吸收光子的光學(xué)效率，以及襯底中的電子-空穴對(duì)生成速率。與Ansys Lumerical CHARGE耦合后，設(shè)計(jì)師能夠探索其他導(dǎo)入屬性，例如量子效率和串?dāng)_，這兩者都需要仿真電氣行為。
展開 
VirtualLab：CMOS傳感器仿真
CMOS傳感器由于其從每個(gè)像素單獨(dú)提取信息的能力以及其低成本和低功耗，已成為圖像傳感器的主導(dǎo)技術(shù)。后者主要?dú)w因于近年來(lái)CMOS像素尺寸的快速縮小。然而，小的特征尺寸也使器件功能逼近極限，因?yàn)榫哂蟹浅５蛿?shù)值孔徑的系統(tǒng)中的衍射會(huì)導(dǎo)致焦平面的縱向位移和焦斑的橫向擴(kuò)展。
VirtualLab Fusion在單一軟件平臺(tái)上提供方便的工具和強(qiáng)大的可互操作建模技術(shù)池，以幫助光學(xué)工程師設(shè)計(jì)和分析此類系統(tǒng)，以及許多其他系統(tǒng)。因此，在本周的時(shí)事通訊中，我們將展示一個(gè)示例，分析像素大小對(duì)CMOS傳感器整體性能的影響。在此示例中，我們提供了有關(guān)Field Inside Component分析儀特性的附加信息，該分析儀在CMOS示例中用于可視化整個(gè)組件中場(chǎng)傳播的橫截面。
微透鏡陣列CMOS傳感器分析
利用嚴(yán)格的FMM/RCWA，我們模擬了一個(gè)像素尺寸等于或小于2μm的CMOS傳感器，并研究了在如此小的尺度下衍射效應(yīng)對(duì)器件性能的影響。
場(chǎng)內(nèi)部組件分析儀:FMM
介紹了一種能夠顯示光柵元件內(nèi)部電磁場(chǎng)的分析儀。
展開 VirtualLab：CMOS傳感器仿真
CMOS傳感器由于其從每個(gè)像素單獨(dú)提取信息的能力以及其低成本和低功耗，已成為圖像傳感器的主導(dǎo)技術(shù)。后者主要?dú)w因于近年來(lái)CMOS像素尺寸的快速縮小。然而，小的特征尺寸也使器件功能逼近極限，因?yàn)榫哂蟹浅５蛿?shù)值孔徑的系統(tǒng)中的衍射會(huì)導(dǎo)致焦平面的縱向位移和焦斑的橫向擴(kuò)展。
VirtualLab Fusion在單一軟件平臺(tái)上提供方便的工具和強(qiáng)大的可互操作建模技術(shù)池，以幫助光學(xué)工程師設(shè)計(jì)和分析此類系統(tǒng)，以及許多其他系統(tǒng)。因此，在本周的時(shí)事通訊中，我們將展示一個(gè)示例，分析像素大小對(duì)CMOS傳感器整體性能的影響。在此示例中，我們提供了有關(guān)Field Inside Component分析儀特性的附加信息，該分析儀在CMOS示例中用于可視化整個(gè)組件中場(chǎng)傳播的橫截面。
微透鏡陣列CMOS傳感器分析
利用嚴(yán)格的FMM/RCWA，我們模擬了一個(gè)像素尺寸等于或小于2μm的CMOS傳感器，并研究了在如此小的尺度下衍射效應(yīng)對(duì)器件性能的影響。
場(chǎng)內(nèi)部組件分析儀:FMM
介紹了一種能夠顯示光柵元件內(nèi)部電磁場(chǎng)的分析儀。
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CMOS傳感器由于其從每個(gè)像素單獨(dú)提取信息的能力以及其低成本和低功耗，已成為圖像傳感器的主導(dǎo)技術(shù)。后者主要?dú)w因于近年來(lái)CMOS像素尺寸的快速縮小。然而，小的特征尺寸也使器件功能逼近極限，因?yàn)榫哂蟹浅５蛿?shù)值孔徑的系統(tǒng)中的衍射會(huì)導(dǎo)致焦平面的縱向位移和焦斑的橫向擴(kuò)展。
VirtualLab Fusion在單一軟件平臺(tái)上提供方便的工具和強(qiáng)大的可互操作建模技術(shù)池，以幫助光學(xué)工程師設(shè)計(jì)和分析此類系統(tǒng)，以及許多其他系統(tǒng)。因此，在本周的時(shí)事通訊中，我們將展示一個(gè)示例，分析像素大小對(duì)CMOS傳感器整體性能的影響。在此示例中，我們提供了有關(guān)Field Inside Component分析儀特性的附加信息，該分析儀在CMOS示例中用于可視化整個(gè)組件中場(chǎng)傳播的橫截面。
微透鏡陣列CMOS傳感器分析
利用嚴(yán)格的FMM/RCWA，我們模擬了一個(gè)像素尺寸等于或小于2μm的CMOS傳感器，并研究了在如此小的尺度下衍射效應(yīng)對(duì)器件性能的影響。
場(chǎng)內(nèi)部組件分析儀:FMM
介紹了一種能夠顯示光柵元件內(nèi)部電磁場(chǎng)的分析儀。
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展開 集成微透鏡陣列的CMOS傳感器分析
使用界面配置光柵結(jié)構(gòu)
使用嚴(yán)格的FMM / RCWA，我們模擬了像素大小等于或小于2 μm的CMOS傳感器，尤其是研究了微透鏡的有效性。
集成微透鏡陣列的CMOS傳感器分析
通過連續(xù)減小CMOS傳感器的像素尺寸，近幾十年來(lái)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了越來(lái)越好的空間分辨率，并且這種趨勢(shì)有望繼續(xù)。但是，這便將關(guān)注點(diǎn)放到位于每個(gè)像素頂部的微透鏡上。當(dāng)像素尺寸接近波長(zhǎng)時(shí)，微透鏡是否仍可以按預(yù)期聚焦光線？我們?cè)谶x定的示例中使用VirtualLab Fusion研究了此問題。
3D成像技術(shù)和CMOS傳感器的發(fā)展方向簡(jiǎn)析
圖9 DTI結(jié)構(gòu)抑制串?dāng)_、增加光程的機(jī)制
圖10 （a）不同隔離方案量子效率比較，（b）P+注入和DTI隔離后像素的光學(xué)特性比較
圖11 串?dāng)_和DTI深度的關(guān)系
綜上，采用DTI隔離技術(shù)在體硅上制備的CMOS傳感器的靈敏度和分辨率最高，目前STM、三星具備采用DTI隔離技術(shù)制備CMOS傳感器的能力。
2.4 iPhoneX的近紅外圖像傳感器架構(gòu)：DTI + SOI襯底
iphoneX中的近紅外CMOS傳感器是由蘋果和STM聯(lián)合開發(fā)的，器件的截面圖如圖12所示。
下面對(duì)該結(jié)構(gòu)像素隔離的方案進(jìn)行解析：首先，iphoneX采用了DTI隔離技術(shù)；另外，與2.3節(jié)介紹的體硅隔離不同，iphoneX采用的是SOI襯底。根據(jù)圖8和圖12，推測(cè)SOI襯底上近紅外圖像傳感器的采用了DTI 與SOI襯底相結(jié)合的隔離架構(gòu)（圖13），該架構(gòu)的特點(diǎn)是DTI結(jié)合SOI襯底的BOX層能夠?qū)嵪袼氐娜綦x：通過DTI隔離像素間的光學(xué)和電學(xué)串?dāng)_；通過BOX隔離來(lái)自襯底的噪聲，隔離金屬污染；DTI和BOX形成了全反射腔，大大增加了有效光程，光捕獲能力增大。因此，該架構(gòu)能夠提高量子效率、減少串?dāng)_，從而大幅提高了近紅外傳感器的靈敏度和分辨率。
圖12 iPhoneX中近紅外CMOS圖像傳感器的截面圖
圖13 SOI襯底上近紅外圖像傳感器的結(jié)構(gòu)和原理圖
另外，BOX層上外延硅的厚度是由近紅外光在硅中的穿透深度決定的。為了保證感應(yīng)能力和避免太陽(yáng)光的干，近紅外圖像傳感器采用的一般是近紅外短波，波長(zhǎng)范圍在780~1100nm之間，這個(gè)波段的近紅外線在硅中的吸收深度﹥6μm（圖14），從圖（12）中知，iPhoneX中圖像傳感器硅外延層的厚度約6.1μm。
展開 [NEWSLETTER] 集成微透鏡陣列的CMOS傳感器分析
通過連續(xù)減小CMOS傳感器的像素尺寸，近幾十年來(lái)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了越來(lái)越好的空間分辨率，并且這種趨勢(shì)有望繼續(xù)。但是，這便將關(guān)注點(diǎn)放到位于每個(gè)像素頂部的微透鏡上。當(dāng)像素尺寸接近波長(zhǎng)時(shí)，微透鏡是否仍可以按預(yù)期聚焦光線？我們?cè)谶x定的示例中使用VirtualLab Fusion研究了此問題。
集成微透鏡陣列的CMOS傳感器分析
使用嚴(yán)格的FMM / RCWA，我們模擬了像素大小等于或小于2 μm的CMOS傳感器，尤其是研究了微透鏡的有效性。
使用界面配置光柵結(jié)構(gòu)
在VirtualLab Fusion中，光柵結(jié)構(gòu)是在“堆?！敝信渲玫?，根據(jù)光柵的幾何形狀，可以用一系列界面或特殊介質(zhì)構(gòu)造光柵結(jié)構(gòu)。在這種使用情況下，說(shuō)明了基于界面的光柵結(jié)構(gòu)的配置。
For more information send a message to: support@infotek.com.cn / support@infocrops.com
展開 VirtualLab：微透鏡陣列CMOS傳感器分析
摘要
近幾十年來(lái)，CMOS傳感器的像素尺寸已經(jīng)從~10μm縮小到~2μm，甚至更小。通過減小像素尺寸，可以獲得更高的空間分辨率。同時(shí)，這也給每個(gè)像素上微透鏡的功能帶來(lái)了問題。在本例中，我們研究了像素尺寸等于或低于2μm的CMOS傳感器的性能。采用嚴(yán)格的FMM/RCWA進(jìn)行仿真，以驗(yàn)證微透鏡的有效性。
建模任務(wù)
模擬&設(shè)置：?jiǎn)纹脚_(tái)互操作性
建模技術(shù)的單平臺(tái)互操作性
在模擬中達(dá)到正確的精度-速度平衡需要對(duì)系統(tǒng)的每個(gè)部分使用不同的建模技術(shù)，這樣可以在不過度計(jì)算的情況下考慮相關(guān)影響。
□ 平面波光源
□ 微透鏡陣列
□ 彩色濾光片(吸收介質(zhì))
□ 通過基底傳播
□ 探測(cè)
連接建模技術(shù)：微透鏡
連接建模技術(shù)：彩色濾光片
連接建模技術(shù)：可編程介質(zhì)
連接建模技術(shù)：自由空間傳播
連接建模技術(shù)：堆棧
在VirtualLab Fusion中，堆棧是配置具有小特征尺寸和距離結(jié)構(gòu)的一種便捷的方法。在這些容器中，可以包含多種類型的表面和介質(zhì)來(lái)表示結(jié)構(gòu)的各個(gè)方面。請(qǐng)注意，整個(gè)堆棧使用了相同的建模技術(shù)。
□ 微透鏡陣列
□ 彩色濾光片(吸收介質(zhì))
□ 通過基底傳播
□ 探測(cè)
元件內(nèi)場(chǎng)分析器：FMM
模擬結(jié)果
像素尺寸為2.0μm的微透鏡(x-z平面模擬)
像素尺寸為1.8μm的微透鏡(x-z平面模擬)
像素尺寸為1.6μm的微透鏡(x-z平面模擬)
3D仿真與結(jié)果比較
3D仿真與結(jié)果比較
展開 
VirtualLab： 微透鏡陣列CMOS傳感器分析
摘要
近幾十年來(lái)，CMOS傳感器的像素尺寸已經(jīng)從~10μm縮小到~2μm，甚至更小。通過減小像素尺寸，可以獲得更高的空間分辨率。同時(shí)，這也給每個(gè)像素上微透鏡的功能帶來(lái)了問題。在本例中，我們研究了像素尺寸等于或低于2μm的CMOS傳感器的性能。采用嚴(yán)格的FMM/RCWA進(jìn)行仿真，以驗(yàn)證微透鏡的有效性。
建模任務(wù)
模擬&設(shè)置：?jiǎn)纹脚_(tái)互操作性
建模技術(shù)的單平臺(tái)互操作性
在模擬中達(dá)到正確的精度-速度平衡需要對(duì)系統(tǒng)的每個(gè)部分使用不同的建模技術(shù)，這樣可以在不過度計(jì)算的情況下考慮相關(guān)影響。
? 平面波光源
? 微透鏡陣列
? 彩色濾光片(吸收介質(zhì))
? 通過基底傳播
? 探測(cè)
連接建模技術(shù)：微透鏡
連接建模技術(shù)：彩色濾光片
連接建模技術(shù)：可編程介質(zhì)
連接建模技術(shù)：自由空間傳播
連接建模技術(shù)：堆棧
在VirtualLab Fusion中，堆棧是配置具有小特征尺寸和距離結(jié)構(gòu)的一種便捷的方法。在這些容器中，可以包含多種類型的表面和介質(zhì)來(lái)表示結(jié)構(gòu)的各個(gè)方面。請(qǐng)注意，整個(gè)堆棧使用了相同的建模技術(shù)。
展開 Ansys Lumerical Zemax Speos | CMOS 傳感器相機(jī)：3D 場(chǎng)景中的圖像質(zhì)量分析
在測(cè)量信息表中，顯示了傳感器整個(gè)區(qū)域捕獲的平均照度值。照度結(jié)果還使我們能夠探索相機(jī)光學(xué)特性，例如不同傳感器位置的失真，暗角和分辨率。
第 3 步：Lumerical Simulation
Speos在CMOS成像儀前模擬的光譜輻照度圖需要與傳感器的量子效率相結(jié)合，才能生成原始電子圖。Lumerical FDTD和CHARGE工具已被用于量化所設(shè)計(jì)的CMOS傳感器的量子效率。CMOS圖像傳感器由帶有光學(xué)和電子元件的微觀像素組成。主要的光學(xué)元件是微透鏡和彩色濾光片，用于將所需波長(zhǎng)的光聚焦在成像器底部硅襯底的正確點(diǎn)上。吸收的光子產(chǎn)生帶電載流子，這些載流子被收集并傳輸以在電子側(cè)進(jìn)行檢測(cè)。電子設(shè)備具有包括柵極和互連在內(nèi)的組件，這些組件可能會(huì)干擾傳感器內(nèi)部的光路徑。耦合光電仿真在FDTD和CHARGE中完成。
第 4 步：Speos 傳感器系統(tǒng)導(dǎo)出器
Speos傳感器系統(tǒng)導(dǎo)出器是一種用于后處理Speos中相機(jī)傳感器捕獲的輻照度圖的工具。為了根據(jù)每個(gè)像素收集的電子數(shù)或電流生成傳感器記錄的原始圖像，我們使用Speos傳感器系統(tǒng)導(dǎo)出器工具將Speos的光譜輻照度與Lumerical成像儀的EQE數(shù)據(jù)相結(jié)合。此工具首先根據(jù)輻照度圖的乘積和相機(jī)積分時(shí)間計(jì)算 Speos 模擬的曝光圖，這是 EQE *.json 文件中的可編輯參數(shù)。然后，根據(jù)EQE數(shù)據(jù)，該工具計(jì)算響應(yīng)度，即每個(gè)入射功率收集的電荷速率，并將響應(yīng)度乘以光譜曝光圖以生成電子圖。仿真結(jié)果顯示了CMOS傳感器在不同照明條件下（白天，晚上有燈和不帶燈）下20ms積分時(shí)間和15,000 e-滿井容量的電子地圖的比較。
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?摘要
近幾十年來(lái)，CMOS傳感器的像素尺寸已經(jīng)從~10μm縮小到~2μm，甚至更小。通過減小像素尺寸，可以獲得更高的空間分辨率。同時(shí)，這也給每個(gè)像素上微透鏡的功能帶來(lái)了問題。在本例中，我們研究了像素尺寸等于或低于2μm的CMOS傳感器的性能。采用嚴(yán)格的FMM/RCWA進(jìn)行仿真，以驗(yàn)證微透鏡的有效性。
建模任務(wù)
模擬&設(shè)置：?jiǎn)纹脚_(tái)互操作性
建模技術(shù)的單平臺(tái)互操作性
在模擬中達(dá)到正確的精度-速度平衡需要對(duì)系統(tǒng)的每個(gè)部分使用不同的建模技術(shù)，這樣可以在不過度計(jì)算的情況下考慮相關(guān)影響。
□ 平面波光源
□ 微透鏡陣列
□ 彩色濾光片(吸收介質(zhì))
□ 通過基底傳播
□ 探測(cè)
連接建模技術(shù)：微透鏡
連接建模技術(shù)：彩色濾光片
連接建模技術(shù)：可編程介質(zhì)
連接建模技術(shù)：自由空間傳播
連接建模技術(shù)：堆棧
在VirtualLab Fusion中，堆棧是配置具有小特征尺寸和距離結(jié)構(gòu)的一種便捷的方法。在這些容器中，可以包含多種類型的表面和介質(zhì)來(lái)表示結(jié)構(gòu)的各個(gè)方面。請(qǐng)注意，整個(gè)堆棧使用了相同的建模技術(shù)。
展開 [VirtualLab] 微透鏡陣列CMOS傳感器分析
摘要
近幾十年來(lái)，CMOS傳感器的像素尺寸已經(jīng)從~10μm縮小到~2μm，甚至更小。通過減小像素尺寸，可以獲得更高的空間分辨率。同時(shí)，這也給每個(gè)像素上微透鏡的功能帶來(lái)了問題。在本例中，我們研究了像素尺寸等于或低于2μm的CMOS傳感器的性能。采用嚴(yán)格的FMM/RCWA進(jìn)行仿真，以驗(yàn)證微透鏡的有效性。
建模任務(wù)
模擬&設(shè)置：?jiǎn)纹脚_(tái)互操作性
建模技術(shù)的單平臺(tái)互操作性
在模擬中達(dá)到正確的精度-速度平衡需要對(duì)系統(tǒng)的每個(gè)部分使用不同的建模技術(shù)，這樣可以在不過度計(jì)算的情況下考慮相關(guān)影響。
? 平面波光源
? 微透鏡陣列
? 彩色濾光片(吸收介質(zhì))
? 通過基底傳播
? 探測(cè)
連接建模技術(shù)：微透鏡
連接建模技術(shù)：彩色濾光片
連接建模技術(shù)：可編程介質(zhì)
連接建模技術(shù)：自由空間傳播
連接建模技術(shù)：堆棧
在VirtualLab Fusion中，堆棧是配置具有小特征尺寸和距離結(jié)構(gòu)的一種便捷的方法。在這些容器中，可以包含多種類型的表面和介質(zhì)來(lái)表示結(jié)構(gòu)的各個(gè)方面。請(qǐng)注意，整個(gè)堆棧使用了相同的建模技術(shù)。
? 微透鏡陣列
? 彩色濾光片(吸收介質(zhì))
? 通過基底傳播
? 探測(cè)
元件內(nèi)場(chǎng)分析器：FMM
模擬結(jié)果
像素尺寸為2.0μm的微透鏡(x-z平面模擬)
像素尺寸為1.8μm的微透鏡(x-z平面模擬)
像素尺寸為1.6μm的微透鏡(x-z平面模擬)
3D仿真與結(jié)果比較
3D仿真與結(jié)果比較
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