픽셀 설계 놀이터
종합 픽셀 설계 도구입니다. BSI CMOS 픽셀의 모든 파라미터 — 실리콘 두께부터 BARL 서브레이어까지 — 를 구성하고 QE, 반사율, 에너지 버짓, 스택 구조에 대한 복합 효과를 확인하세요.
픽셀 설계 플레이그라운드
모든 픽셀 파라미터를 구성하고 TMM 기반의 다중 패널 결과(QE 스펙트럼, 레이어 스택 시각화, 에너지 버짓 분석)를 탐색합니다.
픽셀 파라미터
컬러 필터
시뮬레이션 설정
피크 QE R
65.5%
피크 QE G
85.1%
피크 QE B
68.2%
평균 QE (가시)
22.0%
평균 반사율
7.3%
스택 높이
4.58 um
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
물리 수식과 이론
결합 픽셀 스택 모델
쉽게 이해하기
픽셀 설계를 위한 “만약에” 실험실입니다. 픽셀 피치, 필터 두께, 실리콘 두께 같은 슬라이더를 움직이면 픽셀의 모든 요소가 서로 얽혀 있기 때문에 여러 지표가 동시에 변하는 모습을 볼 수 있습니다. 본격적인 RCWA/FDTD 시뮬레이션에 시간을 쓰기 전, 빠르게 감을 잡기 위한 1차 도구입니다.
플레이그라운드는 픽셀 피치, 컬러 필터 두께, BARL 레이어, 실리콘 두께, 입사각을 하나의 단순화된 스택 광학 응답으로 결합합니다.
모델 가정
- Playground는 단순화된 optical, geometry, sensor-metric model을 하나의 탐색 화면으로 결합합니다.
- Microlens, CFA, BARL, DTI, silicon, noise 사이의 상호작용은 근사이며 전용 도구에서 검증해야 합니다.
- 목표는 최종 정량 device prediction이 아니라 relative trend ranking입니다.
출력값
- Optical efficiency, crosstalk tendency, full well, SNR, dynamic range, scaling tradeoff를 multi-panel로 요약합니다.
- 느린 RCWA/FDTD 또는 calibrated compact-model study 전에 쓰는 1차 parameter screening table을 제공합니다.
검증 예제
- Pitch를 키우면 일반적으로 photon collection과 full well이 증가하고 diffraction pressure가 완화되어야 합니다.
- DTI를 끄거나 isolation을 줄이면 모든 metric이 동시에 좋아지는 대신 crosstalk indicator가 증가해야 합니다.
핵심 수식
스택 응답
$$QE_c(\lambda) \approx T_{\text{CF},c}(\lambda) \cdot A_{\text{Si}}(\lambda; \text{stack})$$
- \(QE_c\): 색상 $c$의 양자 효율
- \(T_{\text{CF},c}\): 컬러 필터 투과율
- \(A_{\text{Si}}\): 실리콘 포토다이오드의 흡수율
색 채널 응답은 필터 투과율과 실리콘 흡수율의 곱으로 근사합니다.
픽셀 면적 스케일링
$$A_{\text{px}} = p^2$$
- \(A_{\text{px}}\): 픽셀의 기하학적 면적
- \(p\): 픽셀 피치
분광 QE가 같아도 면적은 광자 수와 풀웰 경향을 바꿉니다.
에너지 예산
$$R + T + \sum A_{\text{layer}} = 1$$
- \(R, T\): 반사율 및 투과율
- \(A_{\text{layer}}\): 레이어별 흡수율
스택 손실 해석에는 같은 에너지 보존 검증을 사용합니다.
모델 해석
- 광학 스택은 결합되어 있으므로 하나의 슬라이더가 여러 지표를 동시에 바꿀 수 있습니다.
- 상세 형상 RCWA/FDTD 전에 설계 공간을 좁히는 용도로 쓰세요.
- 이 모델은 횡방향 필드맵, 전하 수송, 공정 변동을 포함하지 않습니다.
결합된 설계 변수
- Pitch를 줄이면 optical QE가 같아도 $A_{\text{px}}=p^2$ 때문에 광자 수가 감소합니다.
- Color-filter 두께 변화는 spectral separation과 parasitic absorption을 동시에 움직입니다.
- Silicon 두께 증가는 장파장 흡수를 개선하지만 실제 픽셀에서는 crosstalk 또는 carrier collection 부담을 키울 수 있습니다.
Triage 도구로 쓰는 방법
- 큰 지표 변화를 이용해 유망 영역을 찾은 뒤, 후보를 TMM, ray tracing, RCWA, FDTD로 넘깁니다.
- 간이 브라우저 모델은 compact material spectrum을 쓰므로 절대값보다 상대 경향을 비교합니다.
- 최적점이 slider 경계에 있으면 탐색 설계 범위가 너무 좁다는 신호로 봅니다.
아직 빠진 물리
- Playground는 lateral diffraction, microlens focusing, DTI confinement, charge diffusion을 풀지 않습니다.
- 공정 변동, 두께 tolerance, material dispersion uncertainty를 통계적으로 샘플링하지 않습니다.
- Pixel stack sign-off가 아니라 어떤 시뮬레이션을 돌릴지 고르는 용도로 사용합니다.