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器件物理2026年10月11日·作者 Joseph Swann

光子被吸收,不自动等于信号被收集

光子可以进入硅并被吸收,却没有让所产生的载流子成为有效读出信号。反射、吸收、载流子存活和收集属于转换链的不同环节,改善一环不能自动认证其它环节。

吸收在某个位置产生载流子

光吸收取决于波长与材料,决定载流子在哪里产生,却不证明它们到达目标储荷区。钉扎光电二极管综述给出一个历史蓝光响应损失示例:光在高掺杂表层被吸收后,载流子可能在有效分离前复合。这是机制示例,不是对本 Flow 的诊断。

产生之后,载流子与电场、缺陷和周围边界相互作用;在收集前复合的载流子,即使来自已发生的吸收,也不会贡献预期储存信号。

Process checkpoint · 工艺坐标

40nm/PD/Step 99
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工艺截面示意图 · 40nm BSI CMOS Image Sensor · 步骤 99

理解 P-Pinning Ion Implantation 的工艺作用

辨认钉扎管理的表面边界,解释它与储荷区的关系为何不同于光吸收。

与「光子被吸收,不自动等于信号被收集」相关的流程位置:40nm BSI CMOS Image Sensor · PD · Step 99

查看这一步的工艺作用→可公开打开 · 阅读范围见步骤页

收集有自己的边界条件

钉扎管理表面界面与埋置储荷区之间的关系,可减少表面相关不需要的产生,并改变电势边界。这不同于让更多光进入硅。光学入口改善,不证明电学收集边界已修复。

同样,低反射观察只涉及一个光学损耗通道,不确定已吸收信号有多少存活并通过像素后续环节。

光子到达吸收位置;一条载流子路径抵达储荷区,另一条终止于复合。

条件与反例

表面处理可以改善收集而反射近似不变;光学涂层可以改善入射,而缺陷界面仍造成载流子损失。这些概念例说明,一项测量不能认证整条链。

比较需要说明波长与工作条件。几何层图不测量量子效率,也不能确定光谱变化的根因。

追踪一个未被收集的载流子

阅读钉扎工位,辨认所管理的表面边界,再解释从吸收到收集前复合的一条可能路径。分别说明哪些证据针对光学入射,哪些针对电学收集。

本任务在已有节点分工和光学层文章之外区分产生与成功信号输送,不提供像素配方,也不承诺每个吸收光子都对应一个测得载流子。

继续学习

  • 感光结、转移栅与 FD:电荷怎样变成读出信号?
  • 彩色滤光片、透明平坦层与微透镜:BSI 像素里三种不同的工作

参考来源

[P1] 论文2014

A Review of the Pinned Photodiode for CCD and CMOS Image Sensors

E. Fossum, Donald B. Hondongwa · IEEE Journal of the Electron Devices Society

DOI: 10.1109/JEDS.2014.2306412

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常见问题

反射低证明收集信号高吗?
不证明。吸收与载流子收集仍需取证。[P1]
吸收会发生在产生损失的区域吗?
会。载流子可以在有效分离或收集前复合。[P1]
钉扎注入测量量子效率吗?
不测量。它建立结构与静电贡献,不是完整光电测量。

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目录

  • 吸收在某个位置产生载流子
  • 收集有自己的边界条件
  • 条件与反例
  • 追踪一个未被收集的载流子
  • 继续学习

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