CMOS Image Sensor의 Photodiode에서 빛에 의해 생성된 전자의 이동방향성

Abstract

최근 CIS (CMOS Image Sensor) 소자의 단가와 소비전력이 크게 줄어듦에 따라 모바일 폰, 태블릿, 자동차 및 보안 시스템에서의 CIS 소자에 대한 수요가 크게 증가하고 있다. 특히 부가가치가 큰 고해상도 제품에 대한 수요가 급격히 증가하고 있다. 고해상도 구현을 위해 픽셀 크기가 작아짐에 따라 이미지의 품질을 저하시키는 여러 가지 문제가 발생하고 있다. 발생하는 여러 가지 문제 중에서 암전류 (dark current)는 이미지의 품질 저하에 큰 영향을 미치는 중요한 요소이다. 암전류의 발생으로 인해 dynamic range 와 fixed pattern noise 특성이 크게 나빠져 이미지의 품질 저하에 영향을 미치기 때문이다. 본 연구에서는 “Si 표면에서 발생 되는 전류”, “도핑과 열에 의한 영향”, “depletion region에서의 전류 발생”과 같은 암전류 발생의 원인으로 예상되는 현상들에 대한 이론적 모델을 정립하고, 이 모델을 기반으로 빠른 시장 변화 상황에 대처 할 수 있는 pixel의 구조, 도핑 및 구동환경 변화에 대한 예측 시스템을 개발하고 단기 목표로 pixel transistor에서의 노이즈를 줄이기 위한 최적화 설계를 위한 선행연구를 진행한다. 암전류의 원인 중 하나인 photodiode에서 빛에 의해 형성된 전자들이 cross-talk과 같은 이유 등으로 어떻게 이동하는지, 다른 photodiode에 미치는 영향은 어떠한지에 대해 연구, 분석한다. 암전류에 대한 정확한 원인이 분석되지 않고, 소자가 작아짐에 따라 암전류와 같은 노이즈가 소자에 미치는 영향이 커지기 때문에 그 원인을 분석하고 현상들에 대한 이론적 모델을 정립하는 것에 대한 많은 연구가 필요하다.