상보성 금속-산화물-반도체(CMOS) 이미지 센서(CIS)에서는 색 정보 추출을 위해 베이어(Bayer) 패턴 컬러 필터 어레이(CFA)를 사용한다. 그러나 이러한 접근은 CFA로부터 신호가 손실되기 때문에 공간 해상도와 광 효율을 저하시킨다. 베이어 CFA에서 색 신호 손실은 녹색의 경우 약 50%, 적색과 청색의 경우 각각 약 75%이다. 본 논문은 공간 해상도를 유지하면서 광 효율을 향상시키기 위한 색 분리형 핀드 포토다이오드(PPD) 구조를 제안한다. 제안된 PPD에서는 천부 포토다이오드(PD)와 심부 포토다이오드(PD) 두 개의 PD를 심부 트랜스퍼 게이트(DTG)로 분리하여 통합한다. 이 구성은 입사광을 파장 의존적으로 분리할 수 있게 하며, 천부 PD는 단파장 광을 흡수하고 심부 PD는 장파장 광을 흡수한다. DTG 오프 상태 동안 DTG에 인가하는 전압을 조정함으로써 제안된 PPD는 서로 다른 파장에 해당하는 전자들을 서로 다른 PD에 선택적으로 축적하고, DTG 온 상태에서는 독립적인 판독이 가능하게 한다. 제안 구조의 유효성은 TCAD 시뮬레이션을 통해 검증하였다. 잠재 퍼필, 광자 흡수 및 전자 수송 특성을 분석하여, 서로 다른 파장에서 생성된 전자들이 전기적으로 분리된 PD로 유도되고 이후 플로팅 디퓨전(FD) 노드로 전달됨을 확인하였다. 시뮬레이션 결과, 천부 PD는 적색광(650 nm)보다 청색광(450 nm)을 4.0배 더 많이 흡수하는 반면, 심부 PD는 청색광보다 적색광을 4.1배 더 많이 흡수하여, 제안된 픽셀 구조의 색 분리 능력을 보여준다. 우리는 제안된 구조가 해상도 및 효율이 향상된 차세대 고효율 이미지 센서 개발에 기여할 것이라 믿는다.

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