[發(fā)明專利]雙重轉(zhuǎn)換增益柵極及電容器與HDR組合

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200680032729.0
• 申請日: 2006-07-07
• 公開（公告）號: CN101258738A
• 公開（公告）日: 2008-09-03
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 杰弗里·A·麥基
• 申請（專利權(quán)）人: 美光科技公司
• 主分類號: H04N3/15
• 分類號: H04N3/15
• 代理公司: 北京律盟知識產(chǎn)權(quán)代理有限責(zé)任公司
• 代理人: 王允方

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明大致來說涉及半導(dǎo)體成像裝置，且特定來說涉及具有像素單元的陣列及用于所述單元的電路的CMOS有源像素傳感器(“APS”)成像器。

背景技術(shù)

當(dāng)前存在對用作低成本成像裝置的CMOS有源像素傳感器成像器的關(guān)注。圖1顯示信號處理系統(tǒng)100，其包括CMOS有源像素傳感器(“APS”)像素陣列230，及提供定時及控制信號以使得能夠以所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員一般所知的方式讀出存儲在像素中的信號的控制器232。實例性陣列具有MxN個像素的尺寸，其中陣列230的大小取決于特定應(yīng)用。使用列并行讀出構(gòu)架一次一行地讀出成像器像素。控制器232通過控制行尋址電路234及行驅(qū)動器240的操作來選擇陣列230中的特定像素行。在列線上向讀出電路242提供存儲在所選像素行中的信號。然后，使用列尋址電路244連續(xù)讀出從所述列的每一者讀取的像素信號。

圖2更加詳細地顯示圖1的系統(tǒng)100的像素陣列230。圖2圖解說明像素陣列230中的六晶體管(6T)CMOS像素單元10。6T?CMOS像素單元10通常包含用于產(chǎn)生及收集由入射在像素單元10上的光產(chǎn)生的電荷的光轉(zhuǎn)換裝置23，及用于將電荷從光轉(zhuǎn)換裝置23轉(zhuǎn)移到傳感節(jié)點(通常為浮動擴散區(qū)域5)的轉(zhuǎn)移晶體管27。浮動擴散區(qū)域5電連接到輸出源極跟隨晶體管19的柵極。像素單元10還包括：用于將浮動擴散區(qū)域5復(fù)位到預(yù)定電壓(顯示為陣列像素電源電壓Vaa_pix)的復(fù)位晶體管16；及用于響應(yīng)于行選擇信號將來自源極跟隨晶體管19的信號輸出到輸出列線的行選擇晶體管18。雖然不要求，在此實例性像素單元10中，還可以包括電容器20以增加浮動擴散區(qū)域5的電荷存儲容量。電容器20的一個板耦合到Vaa_pix，且電容器20的另一個板通過雙重轉(zhuǎn)換增益(“DCG”)晶體管21耦合到浮動擴散區(qū)域5。雖然也不要求，在此實例性像素10中，還包括高動態(tài)范圍(“HDR”)晶體管25。HDR晶體管25的一個源極/漏極耦合到Vaa_pix，且HDR晶體管25的另一個源極/漏極耦合到光轉(zhuǎn)換裝置23。

在圖2中所描繪的CMOS像素單元10中，電子由入射在光轉(zhuǎn)換裝置23上的光產(chǎn)生。當(dāng)激活轉(zhuǎn)移晶體管27時，轉(zhuǎn)移晶體管27將所述電荷轉(zhuǎn)移到浮動擴散區(qū)域5。源極跟隨晶體管19基于所轉(zhuǎn)移的電荷產(chǎn)生輸出信號。所述輸出信號與從光轉(zhuǎn)換裝置23抽取的電子的數(shù)量成比例。當(dāng)啟用DCG晶體管21時，電容器20耦合到浮動擴散區(qū)域5，且增加存儲能力并充注浮動擴散區(qū)域5的轉(zhuǎn)換增益。當(dāng)啟用HDR晶體管25時，Vaa_pix耦合到光轉(zhuǎn)換裝置23且從光轉(zhuǎn)換裝置23驅(qū)離一些電荷，這會增加像素單元10的動態(tài)范圍。

增加陣列230中像素10的填充因數(shù)及電荷存儲容量是所需的。然而，包括電容器20及DCG晶體管21及控制所述電容器和DCG晶體管的控制線路要求像素10及/或陣列230中的空間。此外，HDR晶體管25(為增加動態(tài)范圍)要求像素10及/或陣列230中的空間。存在空間的交易：電容器及晶體管消耗更大的空間，光轉(zhuǎn)換裝置23可用的空間更少。為此，在陣列230中包括電容器及晶體管及控制所述電容器和DCG晶體管的控制線路會影響陣列230的填充因數(shù)。因此，包括可控制的電容器及晶體管以增加電荷存儲容量及動態(tài)范圍而不顯著地影響陣列230的填充因數(shù)是所需的。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供一種用于采用雙重轉(zhuǎn)換增益(DCG)及高動態(tài)范圍(HDR)晶體管使像素中的電容器布局及金屬布線更加有效的方法及設(shè)備。

在本發(fā)明的一個方面中，DCG晶體管與HDR晶體管共享一個激活電路。

在本發(fā)明的另一方面中，所述共享的激活電路包括用于DCG及HDR晶體管的共用柵極。

在本發(fā)明的另一方面中，所述共用柵極還提供用于雙重轉(zhuǎn)換增益電路中的電容器的一個板。

在本發(fā)明的另一方面中，形成像素電路的多個像素具有相應(yīng)的由共享的激活電路激活的HDR晶體管，所述HDR晶體管共享一讀出電路。

在本發(fā)明的另一方面中，為由一對像素形成的一個像素電路中的多個HDR晶體管提供共享激活電路，且為由另一對像素形成的不同像素電路提供DCG電路。

附圖說明

根據(jù)結(jié)合附圖提供的對本發(fā)明的以下詳細闡述，將更容易地了解本發(fā)明的這些及其他特征及優(yōu)點，附圖中：

圖1是常規(guī)APS系統(tǒng)的方塊圖；

圖2是圖1的像素陣列的一部分的示意圖；

圖3是根據(jù)本發(fā)明的實例性實施例的像素陣列的一部分的示意圖；

圖4是根據(jù)本發(fā)明實例性實施例的采樣及保持電路的一部分的示意圖；