一个像素输出的电压,背后有光生电荷收集、储存、转移和转换等不同环节。把所有 n 型区域都叫作“感光区”,会混淆光电二极管与读出节点;把表面 p 型钉扎层当成更大的储荷区,也会误解它的作用。
感光结负责收集,FD 负责转换
第 54 步建立 N 型光电二极管相关区域,与周围掺杂共同形成结与电势边界。随后流程经过栅形成等步骤,到第 93 步建立源漏和浮动扩散相关区域。工作时,光电二极管收集的电荷通过转移栅控制送往 FD;FD 的电容让这份电荷表现为电压变化,供后续读出电路处理。 [P1]
这两个区域即使有相同导电类型,也承担不同职责。前者的电势与体积影响收集和储荷,后者的电容参与电荷—电压转换。制造顺序先后并不是曝光与读出的操作时序。
Process checkpoint · 工艺坐标
理解 N Photocathode Ion Implantation 的工艺作用
从感光结开始,区分 FD 读出结与表面钉扎区的不同职责。
与「感光结、转移栅与 FD:电荷怎样变成读出信号?」相关的流程位置:40nm BSI CMOS Image Sensor · PD · Step 54
像素感光与读出:光电二极管、扩散区和钉扎层为什么感光区表面还要 p 型钉扎?
第 99 步在感光区表面建立 p 型区域。它改变近表面的电势边界,使表面状态与主要储荷区域的关系受到控制,有助于抑制表面相关暗信号。这里的核心不是扩大感光体积,而是管理感光结靠近表面的一侧。转移能否充分完成,还取决于与转移栅之间的电势衔接。
已复核 40nm 课程截面;当前图源几何已重新验证。
追踪器件工作职责
独立概念图区分 PD 收集与存储、TG 控制转移及 FD 电荷—电压转换。箭头表示职责交接,不是计算出的载流子轨迹。表面钉扎区与 FD 分开表示。结构轮廓不能证明暗电流、完整转移或转换增益。[P1]
独立原理示意;非课程截面、实测结果或工艺规格。
参考来源
A Review of the Pinned Photodiode for CCD and CMOS Image Sensors
E. Fossum, Donald B. Hondongwa · IEEE Journal of the Electron Devices Society