Разработка и моделирование элементов фото- и рентгеночувствительных БИС

• Автор: Скрылев, Павел Александрович
• Шифр специальности: 05.13.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2003
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 136 с. : ил

Оглавление
Введение.

Актуальность темы

Цель работы

Научная новизна

Практическая ценность

Положения, выносимые на защиту.

Практическая значимость

Апробации работы.

Публикации.

Структура и объем работы

Глава 1. Обзор мирового уровня в области фото и рентгеночувствительных СБИС
1.1. Фоточувствительные КМОПфотодиодные КМОПФД матрицы
1.2. Интеллектуальные КМОПФД камеры с процессорной обработкой изображений
1.3. Фоточувствительные СБИС на ПЗС.
1.4. Рентгеночувствительные приемники.
1.5. Системы автоматизированного проектирования и моделирования.
Глава 2. Разработка математических моделей и методологии оптимизации элементов КМОПФД фотоприемника.
2.1. Разновидности ячеек
2.2. Математические модели ячейки.
2.3. Функция передачи модуляции.
2.4. Модель топологии ячейки
2.5. Оптимизация ячейки.
Глава 3. Модели рентгеночувствительности ФПЗС и КМОПФД и методы ее повышения.
3.1. Исследование моделей поглощения рентгеновского излучения
3.2. Моделирование рентгеночувствительности в ПЗС и КМОПФД.
3.3. Повышение рентгеночувствительности с помощью многослойных гибридных микросборок
3.4. Разработка экспериментального макета.
Выводы.
Глава 4. Схемы КМОПФД для внутрикристальной обработки изображений
4.1. Основные задачи обработки изображений
4.2. Реализация межкадрового вычитания
Выводы.
Глава 5. Система моделирования фото и рентгеночувствительных схем
5.1. Требования к набору симуляторов. Программное обеспечение для моделирования
5.2. Разработка симулятора рентгеночувствительности
5.3. Интеграция набора симуляторов в специализированную систему проектирования фоточувствительных СБИС.
5.4. Применения системы для проектирования фото и рентгеночувствительных СБИС.
Выводы.
Заключение.
Список использованных источников


Максимальная фоточувствительность определяется из решения задачи нелинейного программирования при ограничениях на топологические размеры ячейки, времена считывания и восстановления, отношение сигнал/шум и функцию передачи модуляции. Рентгеночувствительность многокристальных приборов ОПЗС и КМОП-ФД БИС увеличивается практически линейно при увеличении числа кристаллов в вертикальной микросборке. Последовательное считывание и промежуточное хранение зарядов соседних кадров в элементе с плавающим затвором позволяет аппаратно реализовать межкадровое вычитание. Выполнена оптимизация фоточувствительности КМОП-ФД ячеек с проектными нормами 0. НИР «Транш», ФГУГ? ОПТЭКС»). Симулятор рентгеночувствительности был использован при расчете характеристик и проектировании многокристального приемника на ПЗС с ячейкой 7x7 мкм с повышенной рентгеночувствительностью (ГУП НПП «Пульсар»). Фрагменты системы моделирования фоточувствительных БИС внедрена в ГУП НПП «Пульсар» и использована при разработке линейных ( ячеек) и матричных (5x0 ячеек) ФПЗС нового поколения в рамках ОКР «Пассат», ОКР «Панадол», НИР «Перспектива-ОКО» и НИР «Карта-МЛ-П». Результаты по оптимизации КМОП-схем использованы в учебном процессе МИИТа и МИРЭА в рамках НИР (шифр Ф/9) по программе «Интеграция». Основные результаты работы доложены на следующих конференциях: ХМ Научно-техническая конференция «Пути развития телевизионных фотоэлектронных приборов и устройств на их основе» (Санкт-Петербург, ОАО ГУП «Электрон», июнь г. Photonics for Transportation", г. Чехия) и г. Сочи), 3-я и 4-я конференции “Микро и наноэлектроника” , 0/ г. С.-Пб. МИФИ , гг. Москва, МИФИ), международная конференция «Photonics Prague» г. Чехия, ) и -я международная конференция «Smart Structures and Materials» (США, ). По теме диссертации автором опубликовано работ из них 2 без соавторов поданы 2 заявки на получение патентов. Диссертация объемом 6 страниц состоит из введения, пяти глав и заключения, списка использованных источников и приложения. Глава 1. В настоящее время для многих оптоэлектронных систем требуются фотоприемники с разрешением более одного миллиона (1М) ячеек и скоростью вывода более кадров в секунду. Эти параметры должны быть обеспечены при относительно низкой стоимости. Текущий уровень технологии ФПЗС отвечает этим требованиям. Однако, ФПЗС требуют дополнительных БИС, обеспечивающих внешнее высокоскоростное управление (синхрогенераторы и драйверы). С помощью активных КМОП-ФД можно создать микромощную однокристальную фоточувствительную СБИС, которая кроме фотоприемной области содержит встроенный процессор обработки сигналов. Это свойство необходимо для высокоскоростных крупноформатных видеокамер. КМОП-приемники , не использующие активные ячейки, имеют либо малый формат, либо медленную скорость вывода. Качественное сравнение возможностей ФПЗС и * КМОП-ФД приведено в таблице 1. Таблица 1. Фсточувствительность высокая ниже, чем в ! Возможность организации электронного ! Произвольная выборка и возможность считывания сигналов изображений только в | требуемых областях нет да ! Потребляемая мощность выше, чем в КМОП-ФД низкая * і 1 ! Компания РМоМ Согр. КМОП форматом (Г)х0(В) активных ячеек, имеющий скорость вывода кадрсс в секунду, -битный параллельный выход, 9-битный АЦП с автоматической калибровкой и потребляемую мощность менее 0 мВт (рис. Фотолриемная область состоит из (0 х 0(В) ячеек размером 7,9 х 7. Восемь дополнительных столбцов сформированы с левой и правой сторон фоточувствительной области. Восемь неактивных строк и строка аналогового мультиплексирования, расположенные в нижней части матрицы, обеспечивают калибровку темнового тока и тестирование АЦП. На каждые два столбца яче^к приходится по одному АЦП, шириной ,8 мкм. Встроенный АЦП имеет низкий коэффициент преобразования, что псззоляет работать при увеличенной скорости. Пониженная полоса пропускания АЦП обеспечивает снижению потреблен;*,л мощности в блоке АЦП. Каждый АЦП имеет устройство, обеспечивающее двойну::-коррелированную выборку (ДКВ) и подавление геометрического шума. Перед приемом кадра АЦП каждый раз настраиваются. Рис.