0.8um具备DCG特性的CIS

当今移动设备市场对于高分辨率CMOS图像传感器（CIS）的需求越来越高，而像素尺寸也随之缩小。为了解决由于像素尺寸缩小而导致的全亮度容量（FWC）和信噪比（SNR）性能下降的问题，韩国三星电子公司开发了一种0.8μm间距的CMOS图像传感器技术，该技术采用了双转换增益像素技术（DCG）。这种技术可以克服由于像素尺寸缩小而导致的性能下降问题。

为了解决像素尺寸缩小所带来的性能下降问题，现在大家普遍采用4合1的像素设计，它与其他几种像素设计结构的差异如下：

 

DCG技术已经在汽车传感器等其他领域中得到应用，但是在0.8μm间距的移动CIS市场中首次应用。该文详细介绍了DCG技术的实现方式，并对其在移动CIS市场中的性能进行了评估。

DCG技术通过实现高低转换增益（CG）来获得高动态范围。然而，在0.8μm间距下，需要克服FWC和SNR性能下降问题。DCG技术通过实现双转换增益像素来解决这些问题。该文介绍了如何使用DCG技术来提高FWC和SNR性能，并对其性能进行了评估。结果表明，DCG技术可以有效地提高FWC和SNR性能，从而为移动CIS市场提供更高的分辨率和更好的性能。

普通单转换增益的像素内部设计和双转换增益的像素内部设计如下：

 

在双转换增益的像素中，通过RG电压与DCG电压的不同状态，来读取不同转换增益下对应的像素值：

 

在双转换增益的像素中，光子转换曲线（PTC）及对应的转换增益对比如下：

 

满阱电荷容量对比如下：

对比使用DCG技术和传统技术的CMOS图像传感器的性能指标：

1. 满阱电荷容量（FWC）：使用DCG技术的CMOS图像传感器的FWC比传统技术高出约20%。
2. 信噪比（SNR）：在低光条件下，使用DCG技术的CMOS图像传感器的SNR比传统技术高出约6dB。
3. 动态范围（DR）：使用DCG技术的CMOS图像传感器的DR比传统技术高出约10dB。
4. 能耗：使用DCG技术的CMOS图像传感器相对于传统技术可以降低约30%的功耗

由此可见，使用DCG技术可以显著提高CMOS图像传感器在满阱电荷容量、信噪比、动态范围等方面的性能，并且还可以降低功耗。这些优势使得DCG技术成为未来移动设备市场中重要的发展方向之一。 另外，除了在移动CIS市场中的应用，DCG技术还具有在汽车传感器等其他领域中应用的潜力。该技术可以为这些领域提供更好的性能和更高的分辨率，从而满足不同领域的需求。

总之，DCG技术是一种创新的CMOS图像传感器技术，可以克服由于像素尺寸缩小而导致的性能下降问题。该技术在移动CIS市场中具有广泛的应用前景，并且还可以在其他领域中得到应用。随着移动设备市场对高分辨率CMOS图像传感器需求的不断增加，DCG技术将成为未来发展的重要方向。

参考文献： Jang, D., Park, D., Cha, S., Kwon, H., Kim, M., Lee, S., ... & Park, Y. (2016). 0.8μm-pitch CMOS Image Sensor with Dual Conversion Gain Pixel for Mobile Applications. IEEE Electron Device Letters, 37(7), 888-891.