CIS英文全名CMOS(Comp1ementary Metal-O妊de Semiconductor)Image Sensor,中文意思是互补性金属氧化物半导体图像传感器。CMOS图像传感器虽然与传统的CMOS电路的用途不同, JM38510/03004BCA但整个晶圆制造环节基本上仍采用CMOS工艺,只是将纯粹逻辑运算功能变为接收外界光线后转变为电信号并传递出去,因而具有CMOS的基本特点和优势。不同于被动像素传感器(Passive Pixel⒏nsor),σS是带有信号放大电路的主动像素传感器(Active Pixel Sensor)。

   在目前最典型的4Transistor Pixel Photodiode(像素光电二极管)设计中,我们通过四个阶段来完成一次光电信号的收集和传递(见图3.33):第一步打开Tx和Rx晶体管,对光电二极管做放电预处理;第二步关闭Tx和Rx,通过光电效应让光电二极管充分收集光信号并转化为电信号;第三步打开Rx,让Floating Diffusion释放残余电荷;第四步关闭Rx并打开Tx,让光电子从Photodiode抽取到Floating Dffusion中,最后就可以通过Sx将电荷转换成电压进行放大以提高传输过程中抗干扰能力,并通过Rs做选择性输出[64’65]。

    随着图像传感器的应用范围不断扩大,及市场对图像品质要求不断提高,αS技术已从传统的FSI(Frontside Ⅱ1umination)过渡到当下主流的BSI(Backside Ⅱlumination)。在完成传感器所有制程后(不包括PAD connection),就可以进入后端BSI制 现有的晶体管都是基于PN结或肖特基势垒结而构建的。在未来的几年里,随着CMOS制造技术的进步,器件的沟道长度将小于10nm。在这么短的距离内,为使器件能够工作,将采用非常高的掺杂浓度梯度。进人纳米领域,常规CM()S器件所面临的许多问题都与PN结相关。传统的按比例缩小将不再继续通过制造更小的晶体管而达到器件性能的提高。半导体工业界正努力从器件几何形状、结构以及材料方面寻求新的解决方案。无结场效应器件有可能成为适用于10nm及以下技术节点乃至按比例缩小的终极器件。无结场效应晶体管与传统反型模式MOS晶体管或其他结型晶体管相比有以下优点:①它们与常规CM()S工艺兼容、易于制作;②它们没有源漏PN结;③短沟道效应大为减弱;①由于避开了半导体/栅绝缘层粗糙界面对载流子的散射,载流子受到界面散射影响有限,迁移率不会降低;⑤由于避开了粗糙表面对载流子的散射,器件具备优异的抗噪声能力;⑥放宽了对降低栅极介电层厚度的严格要求;⑦无结场效应晶体管属于多数载流子导电器件,靠近漏极的电场强度比常规反型沟道的MOS晶体管要低,因此,器件的性能及可靠性得以提高。一些取代硅作为候选沟道材料(包括锗硅、锗、III V族化合物半导体、碳纳米管、石墨烯

以及MoS2等二维材料)在积极的探索与研究当中,甚至真空沟道也在考虑之列。这一新领域有望突破摩尔定律的藩篱,改变微电子学的面貌。新的后CMOS器件需要集成这些异质半导体或其他高迁移率沟道材料在硅衬底上。集成电路器件△艺与材料学家和置程师们要紧密合作,共同迎接未来新的挑战。