Étude et modélisation des phénomènes de transfert de charges dans les capteurs d'images à pixels actifs PhotoMOS

Study and modeling of charges transfer phenomena in PhotoMos active pixels image sensors

• Auteur / Autrice : Anne Gautrand
• Direction : Jean Farré
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Microélectronique. Capteurs d'images
• Date : Soutenance en 2000
• Etablissement(s) : École nationale supérieure de l'aéronautique et de l'espace (Toulouse ; 1972-2007)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Photodiodes

Imagerie (technique)

Transfert de charge

Thèses et écrits académiques

MOS complémentaires

Résumé

Le travail présenté dans cette thèse s'est déroulé au sein du Laboratoire de recherche CIMI (Conception d'Imageurs Matriciels Intégrés) de SUPAERO, qui a axé ses travaux de recherche sur la conception d'imageurs matriciels à pixels actifs (APS) de type photodiode ou PhotoMos à haut niveau de performances, et réalisés en technologie CMOS standard. Les pixels PhotoMos, auxquels nous nous sommes particulièrement intéressés, sont basés sur un mécanisme de transfert de charges entre le site photosensible constitué d'une capacité MOS, et la diode de lecture qui convertit les charges photoniques en tension. Nous avons étudié ce phénomène de transfert de charges en nous basant principalement sur des résultats de simulations dynamiques du pixel par maillage à éléments finis (outils ISE-TCAD) et résolution des équations de la physique du semiconducteur à chaque nœud du maillage. Les résultats obtenus par modélisation de la structure d'un pixel APS de type PhotoMos en 2 dimensions, utilisant des paramètres technologiques les plus proches possibles des données technologiques réelles, nous ont permis de dégager les principes généraux de fonctionnement de ce mécanisme de transfert et l'influence de certains paramètres, sur son efficacité et sa dynamique temporelle. On peut citer parmi ces paramètres, la valeur de la polarisation de la tension de grille du transistor de transfert, le niveau de signal et la dimension de la diode de transfert. Nous en avons donc déduit certaines règles de fonctionnement optimum qui pourront être exploitées par les concepteurs, pour réaliser des structures les mieux adaptées en terme de dimensionnement, pour des applications données, et de choisir les conditions optimales de fonctionnement en terme de chronogrammes et de polarisations. Ces résultats ont pu être comparés avec des caractérisations expérimentales, et ont montré une très bonne concordance entre la modélisation et les résultats expérimentaux.