近年来，随着半导体技术的快速发展，其工艺水平得到了很大的提高，由亚微米工艺向深亚微米工艺扩展，CMOS图像传感器也得到了飞速的进步，CMOS图像传感器是大规模数模混合集成电路，它可以将A/D转换器，数字信号处理和时间控制电路集成在一个芯片上，功能完善。并且，今后CMOS图像传感器还会向具有更优成像性能，低噪、无图像拖影、更快读出速度的方向继续发展。在一些方面的应用，由于CMOS图像传感器与CCD图像传感器相比具有低成本、低功耗、工艺较易等优势而更受到社会市场的青睐，广泛应用于各种电子产品、多媒体应用、医学、太空探索、3D、汽车应用等方面。可见，CMOS图像传感器的发展前景是十分乐观的。因此，对于CMOS图像传感器的研究具有非常重要的意义。本文介绍了CMOS图像传感器的发展与现状以及在当今社会中的应用，分析了CMOS图像传感器的工作原理、光电转换理论以及CMOS图像传感器的各种性能参数，并且对4T CMOS图像传感器像素主要部分的设计进行了详细的说明。同时，对于4T有源像素图像拖影进行了研究，对像素进行优化，减小其图像拖影现象。而且，本文还对CMOS图像传感器像素感光区势阱容量及像素区域的隔离结构进行研究，研究一种垂直多结结构可以有效的增加像素感光区域的势阱容量。并且对像素区域隔离结构进行研究，改进了一种具有空气间隙层的浅槽隔离结构形成方法。