四管像素CMOS图像传感器设计：低噪声与高性能

"低噪声四管像素CMOS图像传感器设计与实现 (2009年)"，这是一篇2009年发表于《天津大学学报》的科研论文，由徐江涛、李斌桥、姚素英和任张强等人撰写。该研究得到了国家自然科学基金和天津市科技创新专项基金的支持。论文主要探讨了如何通过创新的像素结构设计来提高CMOS图像传感器的性能。 在CMOS图像传感器的设计中，研究团队采用了SMIC（中芯国际）的0.18微米工艺，设计出一种低噪声的四管像素结构。传统的三管像素结构通常包含一个光电二极管和两个晶体管，而四管像素结构在此基础上增加了一个传输管和一个存储节点。这种设计引入的相关双采样技术能够有效消除两种主要的噪声源：固定模式噪声和随机噪声。固定模式噪声通常是由像素间的不一致性造成的，而随机噪声则源于电子运动的自然波动。 论文中提到的关键技术创新是采用了Pinned光电二极管技术，这一技术显著降低了传感器的表面暗电流。暗电流是指在没有光照的情况下，光电二极管产生的电流，它会引入噪声并降低图像质量。通过降低暗电流，传感器的信噪比（SNR）得以提升。在实际测试中，648×488像素阵列的CMOS图像传感器在25℃环境下，其信噪比达到了42dB，表明了设计的有效性。此外，表面暗电流仅为25mV/s（转换为电压表示），远低于常规水平，这进一步证明了四管Pinned光电二极管像素结构在降低噪声和暗电流方面的优越性。 这篇论文详细介绍了如何通过改进像素结构和采用先进的光电二极管技术来优化CMOS图像传感器的性能，尤其是在降低噪声和暗电流方面取得了显著成果。这一设计对于提高相机、手机、医疗成像设备以及各种安全监控系统等应用中的图像质量具有重要意义。