采用像素级三维集成技术实现具有线性和宽动态范围响应的四分之一视频图形阵列数字像素图像传感

摘要： 我们采用三维集成技术研制了一款四分之一视频图形阵列（QVGA）数字像素图像传感器。脉冲频率调制（PFM）模数转换器（ADC）作为数字像素运行，克服了光电二极管（PD）满阱容量导致的信号饱和问题。我们还专门为具有钉扎光电二极管和浮动扩散层的像素新设计了PFM-ADC，以适配实现高灵敏度与低噪声的CMOS图像传感器工艺。通过直径5微米的金电极实现像素级三维集成，将光电二极管、比较器、逻辑电路和计数器集成在两层绝缘体上硅层中，从而在0.18微米和0.2微米工艺节点下，于20平方毫米芯片上实现了QVGA分辨率。该传感器兼具优异线性度和超过96分贝的宽动态范围，还获得了16位高比特深度的视频图像，展现出卓越的图像传感性能，能够高保真地捕捉现实世界。