Contributions à l'amélioration de la dynamique des capteurs d'image CMOS à la réponse linéaire

par Philippe Martin-Gonthier

Thèse de doctorat en Microélectronique. Capteurs d'images

Sous la direction de Pierre Magnan.

Soutenue en 2010

à Toulouse, ISAE .

mots clés

• Dynamique
• Bruit basse fréquence
• Bruit de lecture
• Rts
• Pixel photodiode
• Bruit électronique -- Thèses et écrits académiques
• Capteurs d'images CMOS -- Thèses et écrits académiques

Résumé

Ce travail porte sur la dynamique des capteurs d’image CMOS à réponse linéaire dédiés aux applications spécifiques afin d’explorer les voies d’amélioration amenant à l’obtention de dynamiques importantes. La définition détaillée de la dynamique des capteurs d’image CMOS a permis de mettre en évidence deux voies d’amélioration : l’extension de l’excursion en tension en sortie de la chaîne de lecture et la minimisation du bruit du capteur. L’extension de l’excursion en tension en sortie de la chaîne de lecture nous a amené à travailler, en collaboration avec le fondeur, sur le procédé de la technologie UMC CIS 0,35μm ce qui a conduit à la modification des implantations ioniques de contrôle des tensions de seuil des transistors intra-pixel. Cela a permis d’augmenter l’excursion en tension en sortie de l’imageur. L’utilisation d’une technologie profondément submicronique permettant l’utilisation de plusieurs types de tension de seuil des transistors (standard, faible ou nulle) a également été analysée. Là encore, l’augmentation de l’excursion en tension en sortie de l’imageur amène une augmentation de la dynamique. La seconde voie d’amélioration a montré les différentes techniques de réduction existantes des contributeurs majoritaires de bruit dans les pixels de type photodiode 3T et 4T. La réduction de ces sources de bruit a mis en évidence le bruit basse fréquence de type RTS (Random Telegraph Signal). L’impact de ce bruit se traduit par une augmentation conséquente du nombre de pixels bruyants de l’imageur dégradant ainsi la performance globale en dynamique du capteur d’image. L’origine et des techniques de réduction originales de ce type de bruit ont été explorées.

Titre traduit

Contribution to the dynamic range improvement of CMOS image sensors with linear response

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