Fundamentals of CMOS image sensor(1)

1. photodetectors for smart CMOS image sensor

이 장에서는 이전 포스팅에도 언급한 것과 여럿 중복됩니다. 다시 한 번 복습한다고 생각하고 정리합니다.

 

- PD mode

photodector가 역방향 바이어스 되었을때를 PD모드라고 합니다. 이때, 출력에 흐르는 전류는 photocurrent와 diffusion current의 합이 됩니다.

여기서 말하는 diffusion current는 pn 다이오드에 흐르는 확산전류입니다. 이를 좀더 설명하면, pn 다이오드에 forward bias가 걸렸을 때, 각각 p,n영역에서 소수캐리어 농도가 더 높아지게 되고, 이 농도 차이에 따른 확산으로 전류가 흐르게 되고 이 전류를 diffusion current라 합니다.

따라서, input light intensity가 강할수록 그만큼 photo current가 많이 흐르게 됩니다.

 

- Dark current

이 전류를 구성하는 소스는 여러개가 있습니다. diffusion current, tunnel current, G-R current, Impact ionization current, Frankel-poole current, Surface leak current 가 있습니다. 

들었던 idec 강의에서는 Dark current는 photon이 투영되지 않았는데 흐르는 전류라고 설명했던 기억이 있습니다. 역바이어스 상태에서 흐르는 전류이고, 작을 수록 전력소모가 낮습니다.

     - diffusion current : 식은 아래와 같고, 온도가 증가하면 이 전류도 증가합니다. 

결론적으로, dark current를 유발하는 소스 전류들은 온도와 유관합니다. 

 

- Noise

노이즈는 shot noise 와 thermal noise가 있습니다. 

shot noise의 rms는 average signal current와 bandwidth에 비례합니다. shot noise에 대한 SNR은 아래 식과 같습니다

따라서, 전류량이 감소하여 electrons의 수가 감소하면, SNR도 감소합니다.

 

-Thermal noise

CIS에서는 kTC noise로 나타납니다.

 

2. Accumulation mode in PDs

보통 이미지센서에서 포토다이오드가 주로 동작하는 모드입니다. 빛이 인가되고 포토 캐리어들이 생성되고 photocurrent를 생성하고, well에 전자가 쌓이는 모드입니다.

이 부분에 대한 수식과 자세한 내용은 추후에 정리하도록 하겠습니다.

 

3. Basic pixel structures

요즘에는, 4T-APS구조가 일반적이기 때문에 이 위주로 설명하겠습니다. 

다음 포스팅에서 이어서 하도록 하겠습니다.

 

읽어주셔서 감사합니다.