FDTI / BDTI 픽셀 시뮬레이터

가상의 Deep Trench Isolation CMOS 이미지 센서 픽셀을 만들고 FDTI/BDTI 선택, 트렌치 폭, BDTI 깊이, 라이너 재료, 파장, 주광선 각도가 광학장 구속에 미치는 영향을 확인합니다.

FDTI / BDTI CMOS 픽셀 광학 시뮬레이터

가상의 Deep Trench Isolation 픽셀을 만들고 근사 광학장, 수집 신호, 크로스토크 추세를 확인합니다.

프리셋

픽셀 구조

픽셀 피치 1.00 um

실리콘 두께 3.2 um

마이크로렌즈 높이 0.52 um

절연 구조

트렌치 방식

트렌치 깊이 실리콘 관통 3.20 um

FDTI는 실리콘 전체를 관통하는 트렌치로 표시됩니다.

트렌치 폭 0.12 um

충전 / 라이너

조명 조건

파장 550 nm

주광선 각도 7°

렌즈 오프셋 0.04 um

가상 DTI 구조

근사 광학장

중앙 신호

82.4%

인접 픽셀 크로스토크

0.1%

DTI 억제량

7.1 dB

광학 손실

17.5%

시각적 QA 시나리오

현재 설계통과

DTI 없음 대조군통과

얕은 BDTI통과

관통 FDTI + 경사 입사통과

모델 참고: 이 브라우저 뷰는 설계 검토용 결정론적 근축/광선 근사이며 RCWA 또는 FDTD 사인오프를 대체하지 않습니다.

모델 범위

이 브라우저 도구는 직관 형성, 상대 경향 비교, 설계 공간 탐색에 사용하세요. 로컬에서 실행되는 간이 모델이며 RCWA/FDTD sign-off, 실리콘 보정, 벤더 공정 데이터를 대체하지 않습니다.

더 알아보기

픽셀 광학 효과 · DTI 크로스토크 레시피

물리 수식과 이론

DTI 광 구속 및 크로스토크

쉽게 이해하기

각 픽셀을 작은 방이라고 생각해 보세요. 벽이 없으면 한 방에서 옆방으로 빛이 새어 나가 색이 번지는 현상(광학 크로스토크)이 생깁니다. DTI(Deep Trench Isolation)는 픽셀 사이에 수직 벽을 세워 옆으로 새는 빛을 반사하거나 차단함으로써, 각 픽셀이 자기 광자를 위주로 받도록 만듭니다.

Deep trench isolation은 인접 픽셀 사이로 새는 횡방향 빛을 반사하거나 차단해 광학 크로스토크를 줄입니다.

모델 가정

DTI는 full electromagnetic trench solve가 아니라 compact geometric confinement 및 leakage proxy로 표현됩니다.
Trench depth, fill material, geometry는 etch profile roughness 없이 이상화된 파라미터로 취급합니다.
Optical crosstalk indicator는 RCWA/FDTD 또는 silicon measurement로 보정하지 않으면 정성적입니다.

출력값

FDTI/BDTI geometry 비교, confinement proxy, crosstalk trend, absorption path-length proxy, field sketch를 출력합니다.
Trench depth와 refractive-index contrast가 sensitivity와 isolation 사이에서 만드는 tradeoff를 보여줍니다.

검증 예제

Trench depth를 키우거나 trench index를 낮추면 일반적으로 confinement가 개선되고 crosstalk indicator가 줄어야 합니다.
모든 경우에서 optical cost 없이 isolation만 좋아진다면 qualitative proxy로 보고 full-wave simulation으로 검증해야 합니다.

핵심 수식

임계각

$$\theta_c = \arcsin\left( \frac{n_{\text{trench}}}{n_{\text{Si}}} \right)$$

$\theta_c$: 전반사 임계각
$n_{\text{trench}}$: 트렌치 충전재의 굴절률

저굴절률 트렌치는 전반사를 통해 실리콘 내 광선을 가둘 수 있습니다.

광학 크로스토크 근사

$$XT = \frac{P_{\text{neighbor}}}{P_{\text{center}} + P_{\text{neighbor}}}$$

$P$: 픽셀의 광파워

시뮬레이터는 구조적 광학 경향을 보여주며 carrier diffusion 크로스토크는 포함하지 않습니다.

흡수 경로 이득

$$A = 1 - e^{-\alpha L_{\text{eff}}}$$

$L_{\text{eff}}$: 유효 흡수 경로 길이

DTI와 후면 구조는 실리콘 내 유효 경로 길이를 늘릴 수 있습니다.

모델 해석

FDTI와 BDTI는 실리콘 깊이 중 어느 범위를 격리하는지가 다릅니다.
금속 충전 트렌치는 차광을 개선하지만 흡수와 공정 복잡도를 늘립니다.
전기적 격리와 광학적 격리는 관련되지만 동일한 지표가 아닙니다.

광 구속 논리

DTI는 광자가 이웃 포토다이오드에 도달하기 전 lateral propagation path를 끊는 방식으로 동작합니다.
Silicon 내 ray가 낮은 굴절률 trench를 $\theta_c=\arcsin(n_{\text{trench}}/n_{\text{Si}})$보다 큰 각도로 만나면 전반사가 가능합니다.
흡수성 또는 금속 충전 trench는 leakage를 막지만 parasitic absorption과 공정 복잡도를 늘릴 수 있습니다.

설계 체크

Center-pixel absorption과 neighbor-pixel absorption을 비교합니다. Crosstalk는 절대 광자 수만이 아니라 비율입니다.
얕은 trench는 긴 red/NIR 흡수 경로를 놓칠 수 있으므로 trench depth와 width를 sweep합니다.
색 의존성을 확인합니다. Blue는 표면 제한적이고 red/NIR은 깊은 lateral path에 더 민감할 수 있습니다.

아직 빠진 물리

간단한 DTI 지표는 waveguide mode, corner diffraction, roughness, polarization-dependent trench response를 포함하지 않습니다.
전기적 isolation과 광학 isolation은 관련 있지만 동일하지 않습니다. Carrier diffusion도 crosstalk를 만들 수 있습니다.
고급 픽셀의 최종 검증에는 3D EM field와 charge-collection modeling이 필요합니다.