[發明專利]用于圖像傳感器的傳輸管結構以及圖像傳感器

有效

• 申請號: 201110341943.7
• 申請日: 2011-11-02
• 公開（公告）號: CN102413288B
• 公開（公告）日: 2017-07-11
• 發明（設計）人: 巨曉華;饒金華;張克云
• 申請（專利權）人: 上海華虹宏力半導體制造有限公司
• 主分類號: H04N5/335
• 分類號: H04N5/335;H04N5/369;H04N5/374
• 代理公司: 上海思微知識產權代理事務所(普通合伙)31237
• 代理人: 鄭瑋

技術領域

本發明涉及電路設計領域，具體涉及一種用于圖像傳感器的傳輸管結構以及采用了該傳輸管結構的圖像傳感器。

背景技術

圖像傳感器是組成數字攝像頭的重要組成部分。根據元件的不同，可分為CCD(Charge Coupled Device，電荷耦合元件)和CMOS(Complementary Metal-Oxide Semiconductor，金屬氧化物半導體元件)兩大類。

在圖像傳感器中，采用傳輸管(transfer transistor，TX)來傳輸光電二極管中的光生電子。圖1示出了根據現有技術的用于圖像傳感器的傳輸管結構；并且圖2示出了包含圖1所示的傳輸管結構的圖像傳感器的電路結構。

如圖1所示，光電二極管PD與傳輸管TX相連，第一浮置擴散區FD1和第二浮置擴散區FD2之間設置開關SW。其中，浮置擴散區FD是一個結電容，其起到了電荷-電壓轉換作用。

如圖2所示，圖像傳感器包括：光電二極管PD、傳輸管TX、開關SW、重置晶體管Reset、源跟隨晶體管SF、輸出晶體管RS、以及負載RL。光電二極管PD連接至傳輸管TX；傳輸管TX的浮置擴散區FD1與源跟隨晶體管SF的柵極相連；第一浮置擴散區FD1和第二浮置擴散區FD2之間設置開關SW。所述開關SW開啟(即導通)時，所述第一浮置擴散區FD1和所述第二浮置擴散區FD2聯通，所述開關SW關閉(即不導通)時，所述第一浮置擴散區FD1和所述第二浮置擴散區FD2隔斷。重置晶體管Reset與源跟隨晶體管SF相連；并且源跟隨晶體管SF連接至輸出晶體管RS以及負載RL。

ΔVfd表示電子傳輸后浮置擴散區的壓降，則有ΔVfd＝ΔQ/Cfd。其中，ΔQ為光電二極管PD中的光生電子(即信號)，Cfd為浮置擴散區FD的電容。當外界光強較小時，光生電子ΔQ較小，則需要較小的浮置擴散區電容Cfd；外界光強較強時，光生電子ΔQ較大，則相應需要較大的浮置擴散區電容Cfd，如此可得到較為穩定的浮置擴散區壓降ΔVfd(ΔVfd＝ΔQ/Cfd)。穩定的ΔVfd可得到較穩定的終端輸出信號，由此實現具有高動態范圍的圖像傳感器。

當外界光強較弱時光生電子ΔQ較小，開關SW和TX2關閉，浮置擴散區電容Cfd(Cfd＝Cfd1)較小。當外界光強較強時光生電子ΔQ較大，開關SW和TX2開啟，則可得到較大的浮置擴散區電容Cfd(Cfd＝Cfd1+Cfd2)；由ΔVfd＝ΔQ/Cfd可知，無論外界光強變化都可得到穩定的浮置擴散區壓降ΔVfd，穩定的浮置擴散區壓降ΔVfd可得到穩定的終端輸出信號Vout，以實現具有高動態范圍的圖像傳感器。

發明內容

本發明提供了一種改進的具有高動態范圍，并且能夠有效地提高光生電子的傳輸效率的圖像傳感器。

根據本發明的第一方面，提供了一種用于圖像傳感器的傳輸管結構，其包括：第一傳輸管和第二傳輸管；其中所述第一傳輸管和所述第二傳輸管置于像傳感器的光感元件的兩端；并且所述第一傳輸管的第一浮置擴散區和所述第二傳輸管的第二浮置擴散區之間設置開關SW。所述開關開啟時，所述第一浮置擴散區和所述第二浮置擴散區聯通，所述開關關閉時，所述第一浮置擴散區和所述第二浮置擴散區隔斷。

本發明第一方面的傳輸管結構根據外界光強的強弱來控制浮置擴散區電容的大小，從而獲取穩定的電子傳輸后浮置擴散區壓降；并且，兩個傳輸管能有效地提高電子轉移效率，特別是對于像素尺寸較大的圖像傳感器。

根據本發明的第二方面，提供了一種圖像傳感器，其包括：構成傳輸管結構的第一傳輸管和第二傳輸管、光感元件、以及開關；其中，所述第一傳輸管和所述第二傳輸管均與所述光感元件相連；并且所述第一傳輸管的第一浮置擴散區和所述第二傳輸管的第二浮置擴散區分別連接至所述開關的兩端。

優選地，在上述圖像傳感器中，所述開關是一個晶體管。

優選地，上述圖像傳感器還包括：重置晶體管、源跟隨晶體管、輸出晶體管、以及負載；其中，所述第一傳輸管的第一浮置擴散區連接至所述源跟隨晶體管的柵極以及所述重置晶體管的源極；并且所述重置晶體管的漏極與所述源跟隨晶體管的源極相連；并且所述源跟隨晶體管的漏極連接至所述輸出晶體管的源極，所述輸出晶體管的漏極連接至所述負載。

優選地，在上述圖像傳感器中，所述光感元件是光電二極管。

優選地，在上述圖像傳感器中，所述圖像傳感器是CMOS圖像傳感器。