(A) low voltage time-based active pixel CMOS imager with a thin oxide gate = Thin oxide gate 를 사용한 저전압 시간 기반 능동 픽셀 CMOS imager에 관한 연구

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

A modern CMOS image sensor requires high resolution as well as small focal plane forcing pixel pitch scaling. Though fabrication technology is constantly scaling down, most conventional pixels require high supply voltage in order to accommodate a sufficient signal swing. Thus, the thin oxide gate can not be used in the pixel.This thesis presents a new pixel readout circuit which has a sufficient signal swing even with low supply voltage. The proposed pixel is basically composed of four transistors. The ramp signal, to perform the analog to digital conversion, is directly applied to the gate of a transistor in the pixel and measures the elapsed time until the transistor is turned on.The proposed circuit can operate with low power supply voltage and allows use of thin oxide gate transistor. Moreover, shared pixel structure can be applied resulting in 1.5 transistors per pixel. Using thin gate transistors and shared pixel structure improves the fill factor.The prototype chip is fabricated with a 0.13-μm CMOS process. The experimental result shows that the proposed pixel has twice wider signal swing than the conventional pixel with 1.5V supply voltage. The fabricated sensor also achieves improved peak signal to noise ratio due to the increase signal swing.

국문 초록 (Abstract)

최근 CMOS image sensor에서 고해상도와 작은 초점면이 요구됨에 따라 화소의 크기는 작아지는 추세이다. 공정 기술은 계속 작아지고 있으나 기존의 픽셀 회로들은 충분한 신호 범위를 얻기 위하여 비교적 높은 전원 전압을 필요로 하며, 따라서 낮은 전원 전압이 필요한thin oxide gate를 화소 내에서 사용되지 못한다.이 논문은 저전압에서도 충분한 신호 범위를 갖는 새로운 픽셀 readout 회로를 제안한다. 제안하는 픽셀은 기본적으로 4개의 트랜지스터로 구성된다. A/D 변환을 수행하기 위하여 램프 신호는 픽셀 안에 있는 트랜지스터의 게이트 단자에 직접 인가되며, 그 트랜지스터가 켜지는데 걸리는 시간을 측정한다.제안하는 픽셀은 저전압 동작이 가능하여 thin oxide gate를 사용할 수 있다. 또한, 기존의 공유 픽셀 구조를 적용함으로 1.5개의 트랜지스터로 픽셀을 구성할 수 있다. Thin oxide gate와 공유 픽셀 구조를 사용함으로 fill factor가 향상된다.프로토타입 칩은 0.13-μm CMOS 공정으로 제작되었다. 측정 결과, 제안하는 픽셀은 1.5V 전원 전압에서 기존의 픽셀보다 두 배 넓은 신호 범위를 갖는다. 제작된 센서는 신호 범위의 확장으로 향상된 peak SNR을 갖는다.