автореферат диссертации по электронике, 05.27.01, диссертация на тему:Конструирование ПЗС-структур с повышенной фоточувствительностью на основе объемного моделирования распределений потенциала и заряда

Введение.

Постановка задачи.

Научная новизна работы.

Положения, выносимые на защиту.

Практическая ценность работы.

ГЛАВА 1. Анализ современных структур фоточувствительных ПЗС.

1.1 Конструкции современных ФПЗС-ячеек.

1.2 Средства автоматизированного проектирования ФПЗС , .16 Выводы по главе 1.

ГЛАВА 2. Принцип работы и конструкции ПЗС с управлением через обедненный слой.

2.1 Принцип модуляции потенциала в канале ПЗС через обедненный слой.

2.2 ПЗС-структура с управлением через боковые области р-п - переходов.

2.3 ПЗС-структура с управлением через донные области р-п - перехода.

2.4 ПЗС-структура с управлением по периметру канала переноса.

Выводы по главе 2.

ГЛАВА 3. Математические и программные средства объемного моделирования ПЗС.

3.1 Методы двумерного моделирования.

3.2 Программные средства двумерного моделирования

3.3 Квазитрехмерное моделирование ПЗС.

3.3.1 Квазитрехмерная физическая и математическая модели ПЗС.

3.4 Программное обеспечение для квазитрехмерного расчета.

3.5 Графическое отображение результатов моделирования. 100 Выводы по главе 3.

ГЛАВА 4. Использование системы моделирования для разработки СБИС на ПЗС.

4.1 Строчно-кадровый ФПЗС А-1157 и линейный

ФПЗС А-1203.

4.2 Перспективные ПЗС ВЗН "Матрица 2000-1.4".

4.3 ПЗС ВЗН со встроенными потенциальными барьерами.

4.4 ПЗС для звездного датчика.

4.5 Гибридный модуль на ПЗС.

4.6 ФПЗС с вирутальной фазой микросхем isdoiya, isd017ap.

Выводы по главе 4.

Одной из главных тенденций развития современной техники является широкое внедрение фотонных систем приема и обработки изображений. Такие системы, обладающие высокой чувствительностью и разрешением, способные самостоятельно производить логическую обработку воспринимаемой картины и выделять из нее полезную информацию, способствуют повышению "интеллектуального уровня" техники, приближают ее к человеку.

Благодоря достижениям кремниевой технологии на одно из первых мест вышла аппаратура, использующая в качестве регистрирующих элементов твердотельные приемники изображения (П1И) на фоточувствительных приборах с зарядовой связью (ФПЗС). ФПЗС позволяют создать уникальную по миниатюрности и чувствительности аппаратуру для самых различных областей применения: мульти- и гиперспектральные приборы исследования Земли из космоса для решения экологических, геофизических, сельскохозяйственных, метеорологических и других народнохозяйственных задач. На базе ФПЗС созданы различные астрономические инструменты: системы астрооориентации летательных аппаратов и морских судов, космические телескопы, спектрометры и другие. ФПЗС позволили совершить прорыв в области систем технического зрения и охранных системах. ФПЗС стремительно внедряются в медицинскую диагностическую и операционную апппаратуру благодоря своим свойствам работать в диапазонах спектра от рентгеновского до инфракрасного.

Благодоря ряду своих уникальных свойств ФПЗС являются наиболее многофункциональными и миниатюрными приемниками изображения. По своей разрешающей способности ФПЗС постепенно приближаются к уровню стандартных малоформатных фотографических материалов, дающих возможность регистрировать до з^^о'^ элементов изображения на площади 24x36 ммА.

Фирмой Varian Associates (США) [1 ] разрабОТана рвНТГеНОЧуВСТ-вительная фотодиодная матрица с числом пикселов 3-10А. Уже созданы уникальные фоточувствительные микросхемы с числом элементов 2048x2048 и 4096x4096 12] (фирма site) для научных исследований с размерами пиксела 15 и 6 мкм соответственно. Фирмой kodak разработан матричный ФПЗС kaf-6303e/le форматом 3 072(г)х2048(в) элементов изображения с размером пиксела 9x9 мкмА и линейный ФПЗС кы-102оз с числом элементов 14436 и размером пиксела 7x7 мкмА [данные internet 2001 г . ] . Для медицинских целей создан рентгеночувствительный ПЗС с числом элементов 2084x2084 и пикселом 24х24мкмА. Фирмой sony [данные internet 2001 г.] создан матричный ФПЗС оптическим форматом 1/4 дюйма с минимальным на сегодня размером фоточувствительного элемента 3,6(г)х4,1(в) микрометров при проектной норме 0,35 мкм, у которого фоточувствительность фотодиода повыщена благодоря оптимизации профиля легирущих примесей и толщин диэлектриков. Появились ФПЗС оптическим форматом 1/6 дюйма.

Очевидно, что дальнейшее увеличение разрешающих свойств фотоприемников требует создания ФПЗС с размерами пиксела, не превышающими единиц микрометров. Решение подобной задачи сдерживается не столько ограничениями ПЗС-технологии, сколько снижением выходного сигнала фотоприемников, обусловленного уменьшением полезной площади поглощения излучения.

Поэтому актуальной задачей с точки зрения дальнейшего улучшения фоточувствительности и разрешения фотоприемников на ПЗС является создание фотоприемных ячеек малой площади с повышенной фоточувствительность. Разработке новых конструкций фоточувствительных ячеек и созданию средств их автоматизированного проектирования посвящена данная работа.

ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ

Целью работы является создание новых перспективных вариантов конструкций элементов ПЗС с прямой засветкой, имеющих высокую фоточувствительность во всей области спектра поглощения и обеспечивающих возможность создания специальных фотоприемников с числом элементов разложения до 4кх4к, а также математического и программного обеспечения для проектирования современных ФПЗС с микронными и субмикронными размерами, учитывающего двух- и трехмерные объемные физические эффекты и интегрированного в систему "сквозного" автоматизированного проектирования ФПЗС "от технологии до СБИС".

Поставленная цель достигается с помощью решения следующих задач.

1 . Разработка нового принципа управления ПЗС через обедненные слои, позволяющего создать на его основе новые перспективные варианты конструкций ФПЗС с прямой засветкой и с высокой фоточувствительностью.

2. Разработка двумерных и квазитрехмерных математических моделей, алгоритмов и программ физике-топологического проектирования фоточувствительных элементов ПЗС, и объединение их в САПР сквозного проектирования.

3. Внедрение САПР и конкретных результатов проектирования в промышленности.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА РАБОТЫ.

1. Исследование с помощью средств объемного моделирования потенциала многослойных структур показало, что в полупроводниковой п'Л-р-п структуре в режиме полного обеднения пир слоев максимальный потенциал в п-области модулируется потенциалом пЛ-области при сохранении потенциального барьера между ri*" и п областями.

2. С помощью средств объемного моделирования определены пределы изменения параметров технологического процесса, позволяющего создавать ПЗС-структуры со следующим чередованием слоев: п"Л (управляющая область) - Р (изолирующий карман) - п (канал переноса). В данных структурах обеспечивается модуляция потенциала канала потенциалом управляющей области в пределах 4-10 вольт; при этом между областями канала и управляющей области минимальный потенциальный барьер не опускается ниже 0,4 - 0,5 вольт.

3. Квазистатическое распределение потенциала в ПЗС в режимах полного обеднения и хранения зарядов, описываемое уравнением Пуассона для электростатического потенциала, соответствует ступенчатым распределениям квазиуровней Ферми для подвижных носителей заряда, со ступенями, проходящими по металлургическим границам Р-П - переходов.

4. Распределение потенциала в продольной плоскости симметрии канала ПЗС может быть адекватно смоделировано в виртуальной полупроводниковой структуре с идентичным профилем примеси и топологией продольной плоскости симметрии; в поперечной плоскости сечения виртуальная структура имеет специальную затворную систему, задающую поперечные электрические поля, адекватные поперечным электрическим полям реальной структуры.

5. Численными экспериментами установлено, что при решении конечно-разностных уравнений методом последовательной верхней релаксации (ПВР) с автоматическим выбором значения параметра релаксации по методу Чебышева, ограничение максимального значения параметра на начальных итерациях и его увеличение на конечных итерациях обеспечивает сходимость метода ПВР для полупроводниковых структур с произвольными профилями примеси и высокими перепадами управляющих воздействий.

ПОЛОЖЕНИЯ, ВЫНОСИМЫЕ НА ЗАШИТУ

1. Новый принцип управления потенциалом канала ПЗС -"управление через обедненный слой". Принцип основан на том, что в полупроводниковой пЛЛ-п-р структуре в режиме полного обеднения п и р слоев максимальный потенциал в п-области модулируется потенциалом п"Л-области, при этом при соответствующем подборе профиля легирующей примеси сохраняется потенциальный барьер между п"л управляющей областью и п каналом переноса сигнального заряда. При данном принципе управления в качестве управляющих элементов используются диффузионные области, что исключает из конструкции малопрозрачные электроды и повышает фоточувствительность в 1,52,3 раза.

2. Три новые конструкции элементов ПЗС - "ПЗС с управлением через обедненный слой" с полностью прозрачной поверхностью. Модуляция потенциала канала данных ПЗС осуществляется на основе физического механизма "управления через обедненный слой". Физико-топологичекие параметры профилей примеси новых ПЗС получены с помощью средств объемного моделирования. Предложенные ПЗС обеспечивают:

- модуляцию потенциала канала в пределах 4-10 вольт при максимальном перепаде управляющих напряжений 15-25 вольт;

- накопление максимального заряда величиной 60000 - 120000 электронов при размерах элемента 8x8 - 10x10 мкм;

- повышение спектральной чувствительности для л=0,4 мкм на 95%, для А=0,575 мкм на 48% и для л=0,7 мкм на 55%,

Предложенные конструкции отличаются следующими особенностями.

Конструкция 1: управляющая область расположена на поверхности кристалла. ПЗС-элемент имеет следующее вертикальной чередование слоев: п"Л-управляющая область - р-изолирующий карман - п-канал -Р-подложа. Конструкция защищена авторским свидетельством №1829797.

Конструкция 2: управляющая область расположена в глубине подложи под каналом. ПЗС-элемент имеет следующее чередование слоев: р'Л-виртуальный затвор - п-канал - р-изолирующий карман -п"Л-управляющая область - р-подложа. Конструкция защищена авторским свидетельством №1827697.

Конструкция 3: канал переноса расположен внутри тела управляющей области. ПЗС-элемент имеет вертикальное чередование слоев: р"Л-виртуальный затвор - п-канал - р-изолирующий карман -п'Л-управляющая область - р-подложа; горизонтальное чередование слоев (сечение по каналу): р-подложа - п'*'-управляющая область - р-карман - п-канал - р-карман - п'Л-управляющая область -Р-подложа. Конструкция защищена авторским свидетельством №1827698.

3. Новый метод квазитрехмерного моделирования распределения потенциала в ПЗС с помощью "структуры замещения" (СЗ). Метод основан на замене реальной трехмерной структуры ПЗС-элемента с трехмерным профилем примеси на виртуальную "структуру замещения", имеющую квазитрехмерный профиль примеси. Такая замена позволяет, во-первых, применять только двумерное технологическое моделирование при формировании квазитрехмерного профиля примеси структуры замещения и, во-вторых, сократить вычислительные затраты в 20-30 раз по сравнению с трехмерным моделированием реальной структуры за счет малого числа элементов пространственного разбиения "структуры замещения", которые согласованы с её топологией. Предложенная модификация метода Чебышева при решении системы конечно-разностных уравнений обеспечивает гарантированную сходимость метода последовательной верхней релаксации.

4. Новое программное обеспечение, которое впервые позволяет проводить объемное моделирование ПЗС с микронными и субмикронными размерами.

5. В результате применения средств объемного моделирования потенциала и заряда спроектирована серия ФПЗС с рекордными характеристиками:

- Трехфазный элемент с окнами матрицы с кадровым переносом формата 1154(в)х534(г) для систем астроориентации;

- Матричный ФПЗС с межстрочным переносом типа А-1157 формата 500(г)х5 82(в) с фотодиодным накопителем и двойным слоем аккумуляции с размерами элемента 17x11 мкм.

- Симметричные ФПЗС с переносом кадра типа isdoita, isdoitap форматом 1040(в)х 11 бО(г) с размером элемента 16,6x18,6 мкм;

- ПЗС ВЗН форматом 768(в)х 128(г)элементов с размером элемента 7х7мкм

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ РАБОТЫ.

1. Предложенный новый принцип управления потенциалом в канале ФПЗС позволяет исключить светопоглощающие слои на поверхности элемента, что увеличивает его фоточувствительность на 30 -907о в диапазоне спектра излучения 0,35 - 1,1 мкм.

2. Предложены 3 новые (защищенные авторскими свидетельствами) структуры элементов ФПЗС, реализующие предложенный принцип управления, которые могут быть созданы в рамках базового технологического процесса изготовления ПЗС БИС. На основе данных структур могут быть созданы фоточувствительные БИС с числом элементов более 1000000 и повышенной фоточувствительностью.

11

3. На основе предложенного нового метода квазитрехмерного моделирования ФПЗС проведено физико-топологическое моделирование и оптимизация параметров основных функциональных элементов 8 типов ФПЗС по НИОКР "Матрица", "Порог", "Песец", "Пассат", "Пчела", "Перец", "Сантиметр". Система моделирования использована для проектирования ФПЗС моделей К1200ЦЛ7, А-1094, А-1157, А- 1203, 150017А. 180017АР, выпускаемых промышленностью; аппаратуры наблюдения и звездных датчиков КА "Обзор-1".

4. Разработанное программное обеспечение для двух- и трехмерного моделирования ПЗС с субмикронными размерами областей внедрено в практику проектирования на всех российских предприятиях-разработчиках ФПЗС: ГУН НПП "ПУЛЬСАР", ФГУП ОПТЭКС, ГНЦ НИИ Физических проблем им. А.В.Лукина, ЦНИИ "Электрон", ГУН НПП "Электрон-Оптроник".

5. Предложенный и отработанный на практике подход к моделированию ФПЗС позволяет проектировать элементы произвольных объемных конструкций в рамках реального производства.

Выводы по главе 4.

1. Разработаны блоки двумерного и квазитрехмерного моделирования, включенные в систему моделирования ПЗС "сев - С А В " , которая позволяет проводить проектирование ПЗС с произвольной физико-топологической структурой по цепочке: техологическое моделирование - многомерное физико-топологическое моделирование элементов - моделирование фотоэлектрических характеристик - схеметохническое моделирование ПЗС-схем и схем обрамления. Система сотоит из независимых программных модулей, связанных только через внешние файлы данных, что обеспечивает большую гибкость в эксплуатации.

2. Выполнено двумерное и квазитрехмерое моделирование элементов ФПЗС, разработанных в рамках государственных программ на ГУП НПП "Пульсар", ГУП НПЦ "ОПТЭКС" , ГУП НПП "Электрон", ГНЦ НИИФП им. Ф.В.Лукина. С помощью системы для каждого типа конструкции решены свои специфические задачи.

3. Система моделирования внедрена на предприятиях-изготовителях ПЗС: ГУП НПП "Пульсар" г.Москва, ГУП НПП "Элекрон" г. Санкт-Петербу НИИ Физических проблем им. Лукина, ГУП НПЦ "ОПТЭКС" г. Зеленоград.

- для ФПСЗ А-1157, А-1203 найдены оптимальные параметры ТП и скорректирована топология ячеек, при этом предложен нетрадиционный режим работы элемента с обеднением р"л"л- области фотодиода; установлен узкий диапазон изменения технологических параметров, требующий повышения прецезионности техпроцесса;

- элемент перспективного ФПЗС ВЗН с размером 7x7 мкм' рассчитан программой квазитрехмерного моделирования озв; получены управляющие напряжения и зарядовая емкость при условии наилучшей ЧКХ;

- оптимальная топология ПЗС-ячейки с виртуальной фазой и встроенным "топологическим" потенциальным барьером была спроектирована только благодоря применению многомерного моделирования;

- полный цикл моделирования применен для выбора оптимальной конструкции ПЗС для звездного датчика; для ФПЗС "Пчела" за счет оценки объемного уменьшения области хранения заряда получены

60 точные значения зарядовой емкости и оптимальные фазовые напряжения; для ФПЗС микросхем 15ВО17А, 15 в о 17 ар рассчитаны зависимости зарядовой емкости от соотношений доз легирования и геометрических размеров "электродной" и виртуальной областей для ячеек размером 6x6, 12x12 и 24x24 мкм', по полученным данным выбран оптимальный размер элемента 16,6x18,6 мкм'.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертационной работе обобщены результаты практического использования средств объемного моделирования при проектировании серийных и опытных перспективных ФПЗС на предприятиях промышленности. Физико-топоолгическое моделирование стало обязательным этапом опытно-конструкторских разработок современных ФПЗС на ГУН НПП "Пульсар" и регулярно применяется на других предприятиях.

По результатам выполненной работы можно сделать следующие выводы:

1. Предложен и исследован с помощью объемного моделирования новый принцип управления потенциалом канала ПЗС "управление через обедненный слой". Принцип основан на том, что в полупроводниковой пл-р-п - структуре в режиме полного обеднения р и п слоев максимальный потенциал в п-области модулируется потенциалом п"Л-области, при этом, при соответствующем подборе профиля легирующей примеси, сохраняется потенциальный барьер между пЛ-управляющей областью и п-областью канала переноса сигнального заряда. При данном принципе управления из конструкции полностью исключаются малопрозрачные управляющие электроды, что повышает прогнозируемую фоточувствительность для л=0,4 мкм на 95%, л=0,575 мкм на 48% И л=0,7 мкм на 55%.

2. Разработаны три конструкции элементов ФПЗС с управлением через обедненный слой, имеющие полность прозрачную поверхность. Размеры элементов лежат в пределах 8x8 - 10x10 мкм. С помощью средств объемного моделирования для каждой предлагаемой конструкции получены параметры профиля примеси и геометрические размеры функциональных диффузионных областей, при которых модуляция потенциала канала составляет 4-10 вольт при изменении управляющего напряжения от О до 25 вольт.

Предложенные конструкции отличаются следующими особенностями.

Конструкция 1: управляющая область расположена на поверхности кристалла. ПЗС-элемент имеет следующее вертикальной чередование слоев: п"*'-управляющая область - р-изолирующий карман - п-канал -р-подложа. Конструкция защищена авторским свидетельством №1829797.

Конструкция 2: управляющая область расположена в глубине подложи под каналом. ПЗС-элемент имеет следующее чередование слоев: р"л-виртуальный затвор - п-канал - р-изолирующий карман -пА-управляющая область - р-подложа. Конструкция защищена авторским свидетельством №1829797.

Конструкция 3: канал переноса расположен внутри тела управляющей области. ПЗС-элемент имеет вертикальное чередование слоев: рл-виртуальный затвор - п-канал - р-изолирующий карман -п'*"-управляющая область - р-подложа; горизонтальное чередование слоев (сечение по каналу): р-подложа - п"А-управляющая область - р-карман - п-канал - р-карман - п"л-управляющая область -р-подложа. Конструкция защищена авторским свидетельством №1827698.

3. Для решения уравнения Пуассона, описывающего объемное квазистатическое распределение потенциала в ПЗС в режимах полного обеднения и хранения предложен метод многоступенчатого задания неравновесных квазиуровней Ферми для подвижных носителей заряда. Предложено и реализовано алгоритмически задание ступенчатого изменения квазиуровней на металлургических границах Р-П - переходов, в отличие от традиционного изменения на границах областей пространственного заряда или омических контактах. Такое задание квазиуровней является физически корректным для ПЗС и позволяет решать уравнение Пуассона для структур с многочисленными изолированными друг от друга диффузионными областями, находяшимися под различными внешними напряжениями. Решение конечно-разностных уравнений методом последовательной верхней релаксации (ПВР) осуществляется с автоматическим выбором параметра релаксации по методу Чебышева. В результате анализа результатов расчетов различных конструкций ПЗС алгоритм Чебышева модифицирован: введено ограничение максимального значения параметра релаксации на начальных итерациях и его увеличение на конечных итерациях, что обеспечивает сходимость метода ПВР для полупроводниковых структур с произвольными профилями примеси и высокими перепадами управляющих напряжений.

4. Разработаны новая методика и алгоритм квазитрехмерного моделирования ФПЗС с малыми размерами пиксела (3-5 мкм) с помощью "структуры замещения". Метод основан на замене реальной трехмерной структуры ПЗС-элемента на виртуальную "структуру замещения" особой конструкции, имеющей квазитрехмерный профиль примеси. Такая замена позволяет, во-первых, применять только двумерное технологическое моделирование при формировании квазитрехмерного профиля примеси "структуры замещения", и, во-вторых, сократить вычислительные затраты в 20-30 раз по сравнению с трехмерным моделированием реальной струкутры за счет малого числа элементов пространственного разбиения "структуры замещения", которые согласованы с её топологией.

5.Впервые создано отечественное программное обеспечение (ПО) для объемного моделирования электрических характеристик ПЗС в едином цикле "моделирование технологии - электрические характеристики". Программное обеспечение объемного моделирования интегрировано в систему автоматизированного проектирования ccd-cad, разработанную с участием автора. Система впервые обеспечила автоматизацию полного цикла проектирования ПЗС по цепочке: технология -электрические характеристики - фотоэлектрические характеристики -схемотехника. Отличительной чертой разработанного программного обеспечения является его ориентация на разработчика-практика ПЗС, что достигается:

- простотой задания исходных данных, которые не содержат перемененных, не связанных с ПЗС;

- минимально необходимым объемом интерфейса и минимальным числом файлов исходных и выходных данных; широкой диагностикой ошибок с рекомендациями их исправления.

Программное обеспечение не требует больших аппаратных ресурсов и может функционировать на любой современной ПЭВМ.

6. Разработанное программное обеспечение применялось при проектировании элементов ФПЗС в рамках государственных программ на ГУП НПП "Пульсар", ГУН НПЦ "ОПТЭКС" , ГУН НПП "Электрон-Оптроник", ГНЦ НИИФП им. Ф.В.Лукина. Выполнено технологическое и физике- топологическое моделирование и оптимизация параметров элементов 8 типов ФПЗС по НИОКР "Матрица", "Порог", "Песец", "Пассат", "Пчела", "Сантиметр". Система моделирования использована для проектирования ФПЗС моделей А-1157, А-1203, ISD0I7A, ISD0I7AP, выпускаемых промышленностью. С помощью системы для каждого типа конструкции решены свои специфические задачи:

- для ФПСЗ А-1157, А-1203 найдены оптимальные параметры ТП и скорректирована топология ячеек, при этом предложен нетрадиционный режим работы элемента с обеднением рА"А- области фотодиода; установлен узкий диапазон изменения технологических параметров, требующий

165 повышения прецизионности техпроцесса;

- элемент перспективного ФПЗС ВЗН с размером 7x7 мкм' рассчитан программой квазитрехмерного моделирования озв; получены управляющие напряжения и зарядовая емкость при условии наилучшей ЧКХ;

- оптимальная топология ПЗС-ячейки с виртуальной фазой и встроенным "топологическим" потенциальным барьером была спроектирована только благодоря применению многомерного моделирования;

- полный цикл моделирования применен для выбора оптимальной конструкции ПЗС для звездного датчика; для ФПЗС "Пчела" за счет оценки объемного уменьшения области хранения заряда получены точные значения зарядовой емкости и оптимальные фазовые напряжения;

- для ФПЗС типа 15во17А, 1зво17АР рассчитаны зависимости зарядовой емкости от соотношений доз легирования и геометрических размеров "электродной" и виртуальной областей для ячеек размером 6x6, 12x12 и 24x24 мкм', по полученным данным выбран оптимальный размер элемента 16,6x18,6 мкм'. Для ФПЗС 1ЗВО29А выбран оптимальный размер элемента 16x16 мкм'.

1. Biophotonics 1.ternational, March/April, 1997, p.22.

2. Gerald C. Hoist, "CCD Arrays, Cameras and Displays," pp. 92 9 6 , SPIE and JCD Publishing, 1996

3. E. J. Meisenzahl et. al. A Six Million Pixel Full-Frame True 2f CCD Image Sensor Incorporating Transparent Gate Technology and Optional Antiblooming P r o t e c t i o n . E a s t m a n Kodak Company, New York 14650, USA, 2000.

4. Gerald C. Hoist, "CCD Arrays, Cameras and Displays," pp. 92-96, SPIE and JCD Publishing, 1996

5. W. C. McColgin, J. P. Lavine, and C. V. Stancampiano, "Probing metal defects in CCD image sensors", Materials Research Society Proceedings, 378, p. 713-724, 1995.

6. KAF Series Full-Frame CCD Sensors Binning Mode Operation (9mm Pixel KAF Image Sensors) Eastman Kodak Company Microelectronics Technology Division Revision 0 June 9, 1999

7. Slow-scan CCD Imaging Systems, 1997-2000, Apogee Instr. Inc.

8. E. G. Stevens, T. H. Lee, D. N. Nichols, C. N. A n a g n o s t o p o u l o s , T. J. Tredwell, "A 1 . 4 M i l l i o n - E l e m e n t CCD Image Sensor," ISSCC Technical Digest, pp. 1 1 4 - 1 1 5 , 1 9 8 7.

9. William Des Jardin, et. al. A large format, high-performance CCD sensor for medical x-ray applications Eastman Kodak Company, Rochester, NY, 14650-2008 USA, 2 0 0 0.

10. S. H. and D. P. Trauernicht, "Potential image quality in scintillator CCD-based x-ray imaging systems for digital radiography and digital mammography" in Medical Imaging. R. L. V. Metter, J. Beutel, Editors, Proc. SPIE 2 7 0 8 , p. 4 4 0 4 4 91996) .

11. C. H. Slump, G. J. Laanstra, H. Kuipers, M. A. Boer, A. G. J. Nijmeijer, M. J. Bentum, H. J.Meulenbrugge, R. M. Snoeren, " A novel X-ray detector with multiple screen CCD sensors for realtime diagnostic imaging" in Medical Imaging 1996:

12. Walter F.Kosonocky, et. al . 360x360 Element Three-Phase Very High Frame Rate Burst Image Sensor: Design, Operation, and Performance. IEEE Trans. On Electr. Dev., Vol.44, no.10, oct. 1997, p.p. 1617-1624

13. Kobayashi, A., et al, "Video camera with high speed capturing feature. , "ITE Technical Report vol. 20, No. 21, pp.7-12, Mar., 1996.

14. A 3.2 Million Pixel Full-Frame True 2f CCD Image Sensor Incorporating Transparent Gate Technology E. J. Meisenzahl, W.-.C. Chang, W. DesJardin, H. Q. Doan, J. P. Shepherd, E. G.

15. Stevens Eastman Kodak Company, Image Sensor Solutions Rochester, New York 14650 USA

16. E. G. Stevens, S. L. Kosman, J. C. Cassidy, W. C. Chang, and W. A. Miller, "A Large Format 1280 x 1024 Full-frame CCD Image Sensor with a Lateral-Overflow Drain and Transparent Gate Electrode", SPIE Proceedings, 1147, p. 274-282; Feb., 1991.

17. Performance Specification, " Revision 4.

18. J. Janesik. Focus on High-Speed Scientific CCD's. OE Reports, 1 995 , Nov. , No.143 , p . 2.

19. Bakker J.G.C. The tacking CCD: a new CCD concept. IEEE Trans, on E l . Dev, 1991, ED-38, N5, p . p . 1 1 9 3 1 2 0 0 .

20. Hynecek J. BCMD an improved photosite structure for Hight-Density image sensor. IEEE Trans, on E l . Dev, 1991, ED-38, N5, p.p. 1 0 1 1 - 1 02 0 .

21. Roks E., Esser L.J.M., Narayan S., Huiniak W.F. A Twin-channelp and n) FT-CCD imager with cross-antiblooming. IEEE Trans, on El. Dev, 1996, ED-43, N2, p.p.273-281.

22. CCD's zehnmal empfindlicher. Elektronuk. -1992. -n.l8. s.30нем. язык)

23. Oda E. et.al. A 1920 (H)xl035 (V) pixel hight-definition CCD image sensor. IEEE Trans, on Solid-State Circ, 1 9 8 9 , SSC-24, N3, p.p.711-717.

24. Nishima 0. et.al. A 1/4 inch 380K-pixel IT-CCD image sensor. IEEE Trans, on Cons. Elect., 1991, Vol-41, N3, p.p.4 3 0 4 3 6.

25. Naito, Y., et al, "A 1/3-inch 360k-pixel Progressive-Scan CCD Image Sensor.," ITE Technical Report vol. 20, No. 21, pp. 1-6, Mar., 1 996 .

26. B. C. Burkey, et a l . , "The Pinned Photodiode for and Interline Transfer CCD Imager," Proceedings l E DM, pp. 28 31, Dec.1984 .

27. D. L. Losee, et a l . , "Method for Making Edge Aligned Implants and Electrodes Thereof," US Patent .#4,613,402, issued Sept. 1986.

28. Takemura Y. et.al. HDTV compact digital camera using 2/3 inch 1.3M CCD image sensor. IEEE Trans, on Cons. Elect., 1 9 9 5 , Vol 41, N1, p.p.81-86.

29. Mutoh N. et.al. A 1/4-inch 380K pixel IT-CCD image sensor employing Gate-as s i sted punchthrough read-out mode. IEEE Trans, on El. Dev, 1 995 , ED-42, N10, p.p. 1 7 8 3 1 7 8 5 .

30. Ho j o J. et.al. A 1/3-in 510 (H) x 4 9 2 (V) CCD image sensor with mirror image function. IEEE Trans, on El . Dev, 1991, ED-38, N5, p.p. 954-959.

31. G. N. Shepherd, E. G. Stevens, K. Y. Wong, "A Six Million Pixel Full-Frame True CCD Image Sensor Incorporating Transparent Gate Technology and Optional Antiblooming Protection," SPIE Annual Meeting, 1999.

32. K. Itakura et. al. A 2/3-in 2.0 M-Pixel CCD Imager with an Advanced M-FIT Architecture Capable for Progressive Scan. IEEE Trans. On Electr. Dev., Vol.44, no.10, oct. 1997, p.p.1625-1631

33. J.Henecek. Low-Noise and High Speed Charge Detection in Hight-Resolution CCD Image Sensor. IEEE Trans. On Electr. Dev., Vol.44, no.10, oct. 1997 , p . p . 1 6 7 9 1 6 8 8

34. Ando H. et.al. A 1/2-in CCD imager with lateral overflow-gate shutter. IEEE Trans, on El. Dev, 1991, ED-38, N5, p.p. 9 6 0 9 6 4.

35. Ono H. et.al. Analysis of smear noise in interline-transfer image sensor with gate-free isolation structure. Japanese Journal of Applied Physics, 1991, Vol.30, N12B, p.p. 3 6 2 1 -3 62 6.

36. A. Miller, "A large format 1 2 8 0 x 1 0 2 4 full-frame CCD image sensor with a lateral-overflow drain and transparent gate electrode", SPIE Proceedings, 1147, p. 274-282, Feb., 1991.

37. N. S. Saks, "A Technique for Suppressing Dark Current Generated by Interface States in Buried Channel CCD Imagers,"

38. EE Electron Device Letters, EDL-1, No. 7, pp. 131-133, July 1 9 8 0.

39. J. Janesick, K. P. Klaasen, T. Elliot, "Charge-Coupled-Device Charge-Collection Efficiency and the Photon-Transfer Technique," Opt. Eng., 26, No. 10, pp. 97 2 9 8 0 , 1 9 8 7.

40. Sakakibara K. et.al. A 1 inch format 1. 5M pixel IT-CCD image sensor for an HDTV camera system. IEEE Trans, on Cons. Elect., 1991, Vol. 37, N3, p.p. 4 8 7 4 9 3.

41. Hosiers J.T. at.al. A 2/3 inch 1187(H)x581(V) S-VHS-compatible frame-transfer CCD for ESP and movie mode. IEEE Trans, on El . Dev., 1991, ED-38, N3, p . p . 1 0 5 9 1 0 6 8 .

42. Yamagishi M. at.al. A 2 million, pixel FIT-CCD image sensor for HDTV camera system. IEEE Trans. on E l . Dev., 1991, ED-38, N5, p.p.1989-1993.

43. Yamada T. at.al. Driving Voltage Reduction in a Two-Phase CCD by Suppression of Potential Pockets in Inter-Electrode Gaps. IEEE Trans, on EL. Dev., 1997 , ED-44, N10, p . p . 1 5 8 0 1 5 8 7 .

44. Kawai S., Muthon N., Nobukazy T. T h e r m o n i c E m i s s i o n - B a s e d Barrier Height Analysis for Precise Estimation of Charge Handling Capacity in CCD Registers. IEEE Trans, on EL. Dev., 1 9 9 7 , ED-44, N10, p . p . 1 5 8 8 - 1 5 9 2 .

45. Obstacles on Charge Transfer in Image Sensors. IEEE Trans, on EL. Dev., 1 9 9 7 , ED-44, N10, p . p . 1 5 9 3 1 5 9 8 .

46. Lavine P.J., Banghard K.E. The Effect of Potential in IT-CCD Image Sensor. IEEE Trans, on EL. Dev., 1997, ED-44, N10, p.p. 1611-1616.

47. T.Yamaguchi et al. "A 1/3-in 330K square pixel progressive-scan IT-CCD", in "95 Workshop CCD & AIS Session 1, Apr. 1 9 9 5 , no. 5 .

48. T. Kuroda et. al. "A 1/4-in 330k square pixel progressive-scan IT-CCD image sensor with sub-micrometer channel width", in ISSCC Dig. Tech. Papers< p.p. 184-185, feb 1996.

49. Tachikawa K., Takuya U., Yoshinori 0. Device Design with Automatic Simulation System for Basic CCD Characteristics. IEEE Trans, on EL. Dev., 1997 , ED-44, N10, p.p. 1 5 9 9 1 6 0 3 .

50. Hideki M. Simulation for 3-D Optical and Electrical Analysis of CCD. IEEE Trans, on EL. Dev., 1 9 9 7 , ED-44, N1 0 , p . p . 1 6 0 4 -1610.

51. Носов Ю.Р., Шилин В.A. Основы физики приборов с зарядовой связью М., Наука, 1986г.

52. МОП СБИС. Моделирование элементов и технологических процессов.- Под ред. Антонетти П. М., Радио и связь, 1988г.

53. Van de Steed et.al. A frame transfer CCD color image sensor with vertical antiblooming. IEEE Trans, on El. Dev., 1985, ED-32, N8, p.p.1430-1438.

54. Моделирование полупроводниковых приборов и технологических процессов. Последние достижения. Под ред. Д.Миллера. М., Радио и связь, 1989г.

55. Ж. -Л. Кулон, Ж. -К. Сабоннадьер. САПР в электротехнике. Под. ред. Э.К.Стрельбицкого . М., Мир, 1 9 8 8г.

56. К.Жаблон, Ж. -К. Симон. Применение ЭВМ для численного моделирования в физике. М., Наука, 1993г.

57. Петросянц К.О., Канунников А.И. Программное обеспечение для моделирования процессов изготовления совмещенных ПЗС/МДП БИС.

58. Тезисы VI конференции "Приборы с зарядовой связью иаппаратура на их основе " г. Геленджик, 1992г.

59. Нупесек J. Design and performance of a high-resolution image sensor for color TV applications. IEEE Trans, on El.Dev.,1985,

60. Keenan W.F., Hosak H.H. A Channel-Stop Modified barrier and Drain Antiblooming Structure for Virtual Phase CCD Image Sensors. IEEE Trans, on El. Dev., 1 9 8 9 , N9, p . p . 1 6 3 4 - 1 6 3 8 .

61. Greenfield J.A., Dutton R.W. Nonplanar VLSI device analysis using the solution of Poisson equation. IEEE Transactions of Electron Devices, ED- 2 7 , 1 9 8 0 , 1 5 2 0 1 5 3 2.

62. A.A. Eltonkhy, D.J. Roulston. An efficient method for the analysis of the space-charge region of diffused junctions. Solid-State Electronics, 1 9 8 2 , Vol. 25, N 8, p.p. 8 2 9 8 3 1 .

63. A. Husain, S.G. Chamberlain. Three-dimensional simulation of VLSI MOSFET's: The three-dimensional simulation program WATMOS. IEEE Trans, of Electron Devices, 1982, ED-29, N4, p.p. 63 1- 638 .

64. T.A.DeMassa, K.L.Hsueh. Threshold Voltage Prediction from MICROMOS: A 3-D MOS Simulator. . Solid-State Electronics, 1987 , Vol. 30, p.p. 1 0 63- 1 0 68.

65. S.Jindal, A.B.Bhattacharyya, J. Warrion. Two-dimensional analysis of breakdown of in epytaxial planar junctions. Solid-state and Electron devices, 1 9 7 8 , Vol. 2, N4.

66. S.Colak, E.H.Stupp. Reverse avalanche breakdown in gated diodes. Solid-state Electronics, 1 9 8 0 , Vol. 23, p.p. 4 6 7 4 7 2.

67. K.Hwang, D.H.Navon. Breakdown voltage optimization of silicon p P - n planar junction diodes. IEEE Trans, of Electron Dev., 1984, Vol. ED-31, N 9, p.p. 1126 - 1135.

68. H.Klose. Combined process modeling and subthreshold devices simulation. Solid-State Electronics, 1986, Vol. 29, N 3, p.p. 371-375.

69. I. D. Maiergoyz. Solution of the nolinear Poisson equation of semiconductor device theory. Journal of Appl. Physics, 1986, Vol. 59(1), N 1, p.p. 195 199.

70. W.W.Keller. Fast algorithm for iteratively solving the nolinear static Poisson equation in semiconductors. J.Appl.Phys., Vol. 61, No. 11, June 1987

71. M.S.Adle r, V.A.К.Temple. Theoretical basis for field calculation on multi-dimensional reverse biased semiconductor devices. Solid-State Electronics, 1982, Vol. 25, N 12, p.p. 1179-1186 .

72. D.Tjapkin, R.Ramovic, Semiempirical determination of avalanche breakdown temperature parameters in p-n junctions. Solid-State Electronics, 1 9 8 4 , Vol. 27, N 5, p.p. 4 0 7 4 1 1.

73. C . Bulucea, M.R.Kump, K.Ambercads. Field distribution and avalanche breakdown of trench MOS capacitors operated in deep depletion. IEEE Trans, on Electron Devices, 1 9 8 9 , ED-36, N11, p.p. 2521-2529.

74. A. Buonomo, C. Bello, G. Vitale. A two-dimensional numerical analysis of the electrostatic field in semiconductor devices. Alta Frequenza, 1 9 8 2 , V. 51, N5, p.p. 2 7 5 -2 8 1

75. K.-P. Brieger, W. Gerlach, J. Pelka. Blocking capability of planar devices with field limiting rings. Solid-State Electronics, 1983, Vol. 26, N 8, p.p. 739-745.

76. Ю.И.Волощенко, В.Т.Фролкин. Алгоритм определения начального распределения потенциала и носителей заряда в биполярных структурах. Изв. ВУЗов MB и ССО СССР, Радиоэлектроника, Том. 28, №1, стр. 69-70.

77. В. П. Ильин. Численные методы решения задач электрофизики. Москва, "Наука", 1985

78. Г.И. Марчук. Методы вычислительной математики. М. , Наука, 1980г.

79. C.T.Wang. А Re-extrapolation Technique in Newton-SOR Computer Simulation of Semiconductor Devices. Solid-State Electronics, 1982, Vol. 25, No. 11, p.p. 1083-1087

80. G.W.Brown, B.W.Lindsay. The Numerical Solution of Poisson Equation for Two-Dimensional Semiconductor Devices. Solid-State Electronics, 1 9 7 6 , Vol. 19, p.p. 9 9 1 9 9 2.

81. M.S.Adler. A Method for Terminating Mesh Lines in Finite Difference Formulation of the Semiconductor Device equations. Solid-state Electronics, 1 9 8 0 , Vol. 23, N 9, p.p. 8 4 5 8 5 3.

82. C.T.Wang. Error Analysis in Newton-SOR Computer Simulation of Semiconductor Devices. Solid-State Electronics, 1984, Vol. 27, No. 8/9, p.p. 763-767

83. A.D.Sutherland On the Use of Overrelaxation in Conjunction with Gummel ' s Algorithm to Speed The Convergence in a Two-Dimensional Computer Model for MOSFET's. IEEE Trans. on Electron Devices, 1 9 8 0 , ED-27, N7, p.p. 1 2 9 7 1 2 9 8.

84. H.H. Моисеев, Ю.П. Иванилов, E.M. Столярова Методы оптимизации. Москва, «Наука», 1978.

85. Зи С. Физика полупроводниковых приборов. В 2-х кн. Москва, "Мир", 19 84.

86. Численные методы решения задач электронной оптики. Сборник научных трудов. Под ред. В.П.Ильина. Новосибирск, 197 9

87. И.В. Грехов, Ю.Н. Сережкин. Лавинный пробой р-п перехода в полупроводниках. Ленинград, "Энергия", 1980.

88. R.Van Overstraeten, Н. de Man. Measurement of ionization rates in diffused silicon p-n junctions. Solid-State Electronics, 1970, Vol. 13, N 5, p.p. 5 83 6 0 8.

89. D. Tjapkin, R. Ramovic, D. Borcic. Semiempirical determination of avalanche breakdown temperature parameters in p-n junctions. Solid-state Electronics, 1984, Vol. 27, N 5, p.p. 407 4 11.

90. C.Bulucea, A.Rusu. Surfase Breakdown in Silicon Planar Junctions Computer Aided Experimental Determination of the Critical field. Solid-State Electronics, 1 9 7 4 , Vol. 17, p.p. 8 8 1 - 8 8 8.

91. Б.Л.Кононович, В.А.Миронов. "Численный расчет пробивных напряжений планарных р-п переходов". "Электронная техника", сер.2 "Полупроводниковые приборы", 1985, 6(179)

92. Шилин В.А, Пугачев А.А "CCD's simulation system", in Fifth Conference on C h a r g e C o u p l e d Devices and CCD Systes, Vladimir I.Karasev, Yuri A.Kuznetsov, Victor A.Shilin, Editors, Proc. Of SPIE Vol. 2 7 90, p.p.2-14

93. Бакланов А.И., Ельцов А.В., Колотков В.В., Пугачев А.А., Шилин В.А Photosensitive CCD Design optimization for a star sensor. Optical Engineering Bull., 1995.- N4 (8) .-p.p.18-24

94. СПИСОК РАБОТ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

95. A.A. Пугачев «Двумерное моделирование потенциала и заряда в сложных структурах БИС на ПЗС». «Электронная промышленность», 1993г., N6-7 с.SO-SO.

96. Е.В.Костюков, Ю. А.Кузнецов, А.А.Пугачев, В.А.Шилин. «Прибор с зарядовой связью с виртуальной фазой». A.C. 1829797 Заявка N4921215 от 13.10.1992 г.

97. Е.В.Костюков, Ю. А.Кузнецов, А.А.Пугачев, В.А.Шилин. «Прибор с зарядовой связью с виртуальной фазой». A.C. 1S27698 ЗаявкаN4921216 от 13.10.1992 г.

98. К.О.Петросянц, А.А.Пугачев. «Программа двумерного моделирования характеристик лавинного пробоя в элементах БИС». «Известия ВУЗов MB и ССО СССР. Радиоэлектроника». 1986г. т.32, N6. с. 78

99. А.И.Канунников, А.А.Пугачев, С.С.Татаурщиков. «Расчет и проектирование элементов ФПЗС «2 1/2» фазы». «Техника средств связи. Сер. Техника телевидения». Ленинград. 1992г., Вып.4.

100. С.В.Кузьмин, А.А.Пугачев, Ю.И.Тишин « Расчет пробивных напряжений ПЗС-структур». «Тезисы докладов IV конференции с международным участием «Приборы с зарядовой связью и системы на их основе». Геленджик, окт. 1992г., с.14-15

101. Е.В.Костюков, А.А.Пугачев, В.А.Шилин, А.В.Вето. "Nowel CCD structures of hight sensitivity" in Fifth Conference on Charge-Coupled Devices and CCD Systes, Vladimir I.Karasev, Yuri A.Kuznetsov, Victor A.Shilin, Editors, Proc. of SPIE Vol. 2790, p.p.22-28

102. A.А.Пугачев, В.А.Шилин. «Quasithreedimentional simulation of potential and charge distribution in CCD structures» Optical Engineering Bull., 1996.- N1(9).-p.p. 18-24

103. A.И.Бакланов, А.В.Ельцов, В.В.Колотков, А.А.Пугачев, В.А.Шилин «Photosensitive CCD Design optimization for a star sensor».«Optical Engineering Bull.», 1995r. N4(8). p.p.18-24

104. А.В.Вето, Е.В.Костюков, А.А.Пугачев, В.А.Шилин. «Новые структуры ФПЗС с высокой фото чувствительностью». Электронная промышленность», 1993г. N6-7. с. 12-15.

105. В.А.Шилин, А.А.Пугачев, А.С.Скрылев. «Проблемы моделирования ПЗС».»Электронная промышленность». 1993г. N6-7. с.77-80