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TDI图像传感器横向抗晕栅极电压与满阱容量关系研究
概述：
图像传感器（ImageSensor）是最近几十年来最广泛应用的一种新型光电感应器件，可将光学影像信号转换为电信号输出，由于其体积小、重量轻、功耗低、灵敏度高等优点，目前在智能手机、数码相机、监控摄像等领域得到广泛应用。其中，TDI（TimeDelayIntegration）是图像传感器的一种重要类型，它是通过时间延迟积分技术实现高灵敏度影像拍摄的。
但是，由于环境光照射变化时，容易导致图像传感器出现光晕（blooming）现象，即在高强度光源处形成一定的伪迹，这种现象会严重影响图像的质量和分辨率。因此，在设计和制造图像传感器时，需要采取有效的防光晕措施。本文研究的是横向抗晕栅极电压与满阱容量关系，探究了其影响机理和优化方法。
一、TDI图像传感器设计原理及光晕现象分析
TDI图像传感器采用了时间延迟积分技术，即通过将图像信号沿着CCD传输线积分，可以积累较长的光电信号，在几十到上千行像素周期内将电荷传输至读出电路，从而提高灵敏度和信噪比。在光线较弱的情况下，传感器可以决定将电荷转移到下一行的同一位置以实现延迟积分。但是，当光线强度较强时，电荷可能会溢出到未曝光的像素处，并产生较大的电荷积累区域。这些多余的电荷转移将会导致CCD芯片像素中电势产生级联效应，使电子超出能陷阱存储的灵敏度。这是光晕现象产生的主要原因。
二、横向抗晕栅极电压对传感器光晕性能的影响
拆解TDI图像传感器，其核心部件是由感光元件和读出电路构成的一个几百万像素的阵列，其大小一般在几毫米左右。在TDI图像传感器的设计中，防止光晕的策略主要包括以下两个方向：
1.控制0K电势电平：在信号输入时，有效的转移到阱中的电子仅限于CCD阱部分的容量，因此需要保持0K电势电平位于CCD芯片的表面上。更高的0K电势和温度会降低传感器的容量，从而导致光晕和其他精细图像质量方面的问题。
2.调节栅电压：调节横向抗晕栅极电压可以使CCD芯片内沉积的势阱扩大或缩小，从而改变其容量，使其多余电荷的容限上限扩展或收缩。这是减少光晕并增加传感器动态范围最有效的方法。
三、满阱容量对光晕性能的影响
由于多余的电荷将积聚在阱中，并且会超过电子进入阱的阱深度，所以满阱容量的增加会推迟光晕发生的时间，并且减少光晕大小。当满阱电容和抗晕栅电压物理固定时，减少光晕的唯一方法是通过降低像元的光集成时间和设置阵列的微调。通过调整像素的集成时间使其适应更高的光强度水平，进一步降低CCD芯片中多余电荷的容限上限。
四、结论
本文提出了通过调节横向抗晕栅极电压和满阱容量的方法来减少光晕的产生，并从理论上分析了这两种方法的影响机理。这对传感器制造商和科技研究者都具有重要意义。制造商可以基于这些分析了解哪些参数对预期应用场景和用户需求更敏感，并决定设计的特性和功能。而科技研究者则可以深入探究这些特性和使用实践的反馈，以便推荐和通过必要的规范和标准化办法确保安全和有效性。