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国内对卫星平台CMOS图像传感器仿真测试模型的迫切需求,促成了本文对其的研究。伴随着集成电路技术的快速提升和进步,CMOS图像传感器已经能够克服以往存在的各种缺点,因而成为了当前成像器件领域研究的热点,同样也成为了未来星上成像器件的发展方向。为了建立卫星平台CMOS图像传感器的仿真模型,本文主要研究了APS传感器中非电路部分的结构——光电检测器件的工作物理过程和仿真特性。论文先是阐述了建立星上图像传感器仿真模型的重大意义,介绍了CMOS图像传感器的工作原理,并详细的分析了光电二极管的光电转换原理和工作过程。然后分析了CMOS图像传感器的噪声来源,并描述了包括热噪声、散粒噪声、1/f噪声和固定模式噪声等在内的各种主要噪声的度量方法和可行的解决方案或者解决思路。接着从光电二极管的物理结构入手,利用少数载流子的稳态连续方程来建立光电二极管的一维数学物理模型,并以此数学模型为基础在MATLAB上对n+/p-sub、n-well/p-sub以及p+/n-well/p-sub型三种结构的光电二极管进行了数值模拟仿真计算。接着将仿真的结果与实际光电二极管的性能参数对比,显示了所建立模型的正确性,确认了该模型能够在一定程度上反应实际的物理情况。还利用该模型提取了相关的数据进行仿真分析研究,以此证明建立的模型可以用于光电二极管的设计和分析。最后对三种常见结构有源像素有效区域的MTF函数进行了推导和分析,得出了其解析计算式,并且还推导出了对于由矩形区域连接起来所组成的像素光接收面通用的二维MTF计算公式。证明了对于任何可能的像素有效光照区域设计而言,带有此种结构的MTF是可以被计算的。利用计算得到的公式仿真了三种结构器件的二维MTF函数,证实了像素有效区域形状对MTF的影响。还利用MTF模型计算得到的PSF结果,验证了模型在一定程度上对实际器件真实情况的反应。全文通过建立光电二极管垂直于光照面的一维载流子运动模型,以及平行于光照面的MTF模型,实现了对光电二极管中载流子在整个三维方向上大致运动的模拟,最终得到实用的仿真模型。