随着集成电路制造工艺技术的发展和集成电路设计水平的不断提高,基于CMOS集成电路工艺技术制造的CMOS图像传感器由于其自身的优势,目前在诸多领域中得到了广泛的应用,如数码电子产品、视频电子邮件、医疗设备、保安监控、可视通信、眼膜识别、工业视频监控、视觉玩具等社会生活和工业生产的方方面面,特别是数码产品例如数码相机、照相手机的图像传感器应用方面,市场前景广阔,所以对CMOS图像传感器的研究与开发有非常高的市场价值。本文首先简要介绍了CMOS图像传感器的研究背景、发展历程及其发展趋势,并比较了CMOS图像传感器和CCD图像传感器的优缺点。随后研究了CMOS图像传感器的系统结构和作用、CMOS图像传感器的芯片组成部分和功能、及采用4T技术CMOS图像传感器像素的工作原理及其图像信号的处理流程。然后从半导体的光学基本性质出发,讨论了光电效应的基本概念,分析了影响CMOS图像传感器的灵敏度的相关因素,如量子效率和光学效率,并运用光学模拟软件对不同CMOS图像传感器介质层结构进行了光学模拟分析,比较了不同厚度的介质层对光的透射率的影响,感光区介质层厚度的减薄,可以大大提高CMOS图像传感器的光学灵敏度。在此基础上,根据CMOS图像传感器的结构特点,从CMOS图像传感器的制造工艺方面出发,提出并着重研究了一种灵敏度优化的工艺方法和结构,并详细说明了它的过程和实验结果。