器件物理作者

满阱容量可以受光电二极管或浮置扩散节点限制

有效满阱容量不只由光电二极管的物理体积决定。储荷阱必须保留信号,电荷必须完成转移,FD 与读出链还必须容纳结果。增加其中一项容量,可能只是显现另一处瓶颈。[P1]

两个节点,两种容量问题

光电二极管储荷阱在读出前保留载流子,其电势边界和电容影响可保留电荷。FD 接收转移电荷并产生电压变化;允许电压摆幅有限时,它的接收容量也有限。[P1]

综述指出,在读出链本身不构成限制时,储荷阱与 FD 较小的容量可限制满阱。这是条件性关系,不是给目标 Flow 指定一个数值。

Process checkpoint · 工艺坐标

40nmPDStep 99
工艺截面示意图 · 40nm BSI CMOS Image Sensor · 步骤 99

理解 P-Pinning Ion Implantation 的工艺作用

辨认埋置储荷阱及电势边界,解释为何容量本身不证明完整转移。

与「满阱容量可以受光电二极管或浮置扩散节点限制」相关的流程位置:40nm BSI CMOS Image Sensor · PD · Step 99

  1. 1. P-Pinning IIP
  2. 2. N FD (Between T1 and T2) IIP
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增加储荷可能让转移更困难

改变储荷区掺杂可以增大容量,也会改变空阱电势。转移栅与 FD 的电势仍必须支持转移。因此,名义储荷容量更大,不保证可完整读出的信号更大。[P1]

同样,在给定电压范围内提高 FD 容量,会减小每个载流子引起的电压变化,输入折算的读出不确定性也可能改变。容量和灵敏度需要共同解释,而非认为电容增加总是改善。

光电二极管经 TG 把电荷交给 FD;两种有条件示例交换储荷与接收容量的较小项。

名义容量并非无限保持

电势阱不是有绝对杯沿的刚性容器。载流子逃逸、扩散及保持时间影响实际保留电荷,照明与工作条件也可能重要。几何图不能认证名义容量与有效容量一致。[P1]

这也排除了一个误导推论:图中的光电二极管更大,并不证明接收节点或读出电压范围随之增大。

在目标工位对中定位瓶颈

在钉扎工位辨认储荷区和边界,在 FD 工位辨认接收电容与电荷—电压职责,再说明还需哪些证据才能确定谁限制有效满阱。

现有 PD—TG—FD 文建立功能交接,本篇回答的是另一问题:交接中的哪一环限制最大有效电荷,以及为何只改一个节点不能解决整体限制。

参考来源

[P1] 论文2014

A Review of the Pinned Photodiode for CCD and CMOS Image Sensors

E. Fossum, Donald B. Hondongwa · IEEE Journal of the Electron Devices Society

DOI: 10.1109/JEDS.2014.2306412

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常见问题

更大光电二极管保证更大有效满阱吗?
不保证。完整转移、FD 余量或读出链可限制可用电荷。[P1]
增大 FD 电容只有好处吗?
不是。给定摆幅下可增加电荷余量,却会降低转换增益。[P1]
名义阱容量是绝对保持阈值吗?
不是。逃逸与保持条件影响实际保留电荷。[P1]

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