在医学领域,显微镜的使用几乎贯穿许多科学研究的所有环节。而从20世纪90年代开始,几乎目前所有的显微镜,尤其是光学显微镜,都离不开图像传感器的配合。图像传感器,或称感光元件,是一种将光学图像转换成电子信号的设备。在日常生活中诸如手机、数码相机以及其他电子光学设备,还是在军事、宇航、医疗等前沿领域,它都有重要的应用价值。不同于目前主流的CCD和CMOS图像传感器,浮栅型图像传感器作为一种新型的图像传感器,具有特殊的浮栅像素单元。其像元尺寸小,满阱电子数高的特点,使其在高端的航天、显微等领域被应用成为可能。本文中设计了一款基于浮栅型图像传感器的显微芯片,其像素单元为改进后的浮栅器件,其像素尺寸逼近普通光学显微镜的衍射极限。该芯片巨大的阵列规模、特殊的像素单元结构,使其在相同的阵列面积下,总像素数多达其他种类图像传感器的近10倍,并实现了该高分辨率、低功耗和高动态范围等优良性质。论文先描述了浮栅器件像素单元的基本结构与特性,并论证了其用于显微芯片的可行性。之后,基于该种像素单元进行了阵列结构、外围电路结构的总体设计。然后对外围电路的关键子模块的设计和仿真过程进行了详细阐述。最后,提出了系统可能存在的问题,提供了专用的成像质量的提高方法。该显微芯片采用65nm NOR-FLASH 2P3M工艺流片及验证。像素单元尺寸为400nm×200nm,阵列规模为20480×20480,工作频率为100MHz,能够实现12bit数位图像的拍摄。其有效像素超过4亿,为目前集成度最高、像素单元最小的图像传感器之一。