【摘 要】
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在低噪声应用的驱动下,满阱容量(FWC)已被广泛用于阐明互补金属氧化物半导体图像传感器(CIS)的pinned光电二极管(PPD)的成像特性,它影响CIS的信噪比、灵敏度、分辨率和动态范围等。因此,需要为PPD的满阱容量建立精确的物理模型以便充分了解PPD特性。但是,现有研究只是建立了满阱容量依赖于温度、N阱掺杂浓度和光的波长的模型,忽视了界面态陷阱能级分布对满阱容量的影响。而且现有研究在分析界面
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在低噪声应用的驱动下,满阱容量(FWC)已被广泛用于阐明互补金属氧化物半导体图像传感器(CIS)的pinned光电二极管(PPD)的成像特性,它影响CIS的信噪比、灵敏度、分辨率和动态范围等。因此,需要为PPD的满阱容量建立精确的物理模型以便充分了解PPD特性。但是,现有研究只是建立了满阱容量依赖于温度、N阱掺杂浓度和光的波长的模型,忽视了界面态陷阱能级分布对满阱容量的影响。而且现有研究在分析界面态作用时,直接假设陷阱能级为单一固定值,这会造成满阱容量也取得单一固定值。然而,由于CMOS工艺波动,会导致陷阱能级的位置和分布各不相同,进而导致满阱容量的值也有差异,这也就意味着满阱容量的值是动态变化的。此外,现有研究只是对满阱容量进行建模,尚未对满阱容量模型的稳定性进行分析研究。因此,现有模型仍然无法准确预测满阱容量的变化规律。为了克服现有研究的不足,本文提出了一种界面态陷阱能级分布依赖的CMOS图像传感器pinned光电二极管满阱容量的动态模型,并对该模型的稳定性进行了分析。主要研究贡献如下:(1)建立了界面态陷阱能级分布依赖的PPD满阱容量的动态模型。本文通过建立满阱容量依赖于陷阱能级和陷阱态密度的二维显式函数,以及结合陷阱能级、陷阱态密度依赖于界面态陷阱能级分布的特点,分别分析了界面态陷阱能级服从Level、Gaussian以及Exponential分布下满阱容量的动态变化。(2)给出了PPD满阱容量模型的仿真验证。本文使用Sentaurus Tcad 2016和Matlab R2018a软件,分别得到了满阱容量在陷阱能级服从Level、Gaussian和Exponential分布下的实际仿真结果和理论计算结果;接着用Origin 2017软件对这两个结果进行了公式拟合。这两种结果的高度一致性表明,满阱容量不是现有模型中单一的固定值,而是一系列和界面态陷阱能级分布相一致的动态变化值。(3)给出了PPD满阱容量模型的稳定性分析。本文首次提出了一种用现有模型参数来验证所建满阱容量模型稳定性的方法并且创新性地设计了相关实验。通过仿真不同温度、N阱掺杂浓度和波长下三种陷阱能级分布的满阱容量的分布情况,据此发现满阱容量依赖于界面态陷阱能级分布的动态模型始终是稳定成立的。
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