[發明專利]圖像傳感器及其驅動方法

有效

• 申請號: 201210154647.0
• 申請日: 2012-05-15
• 公開（公告）號: CN102695007A
• 公開（公告）日: 2012-09-26
• 發明（設計）人: 李杰
• 申請（專利權）人: 格科微電子（上海）有限公司
• 主分類號: H04N5/369
• 分類號: H04N5/369;H04N5/378;H01L27/146
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 駱蘇華

技術領域

本發明涉及圖像處理領域，尤其涉及一種圖像傳感器及其驅動方法。

背景技術

圖像傳感器屬于光電產業里的光電元件類，隨著數碼技術、半導體制造技術以及網絡的迅速發展，目前市場和業界都面臨著跨越各平臺的視訊、影音、通訊大整合時代的到來，勾劃著未來人類的日常生活的美景。因此，圖像傳感器產品成為當前以及未來業界關注的對象，吸引著眾多廠商投入。以產品類別區分，圖像傳感器產品主要分為CCD圖像傳感器（電荷耦合圖像傳感器）、CMOS圖像傳感器（互補型金屬氧化物圖像傳感器）。

現有的CMOS圖像傳感器的像素結構主要分為兩種，分別為3T像素結構和4T像素結構。3T像素結構中每一個像素包括一個光電二極管、一個復位管、一個行選通管和一個源跟隨器。4T像素結構比3T像素結構增加了一個傳輸管。對于4T像素結構，每一個光電二極管總是需要一個傳輸管，所述傳輸管使光電二極管的可控性更好，可以有效地降低熱噪聲和暗電流。

圖1示出了現有技術中4T像素結構的電路示意圖。如圖1所示，4T像素結構的像素包括：光電二極管11和4個晶體管，其中，光電二極管11和傳輸管12構成感光單元，所述傳輸管12用于將光電二極管（Photo?Diode，PD）11產生的電荷傳輸到浮置擴散區（Floating?Diffusion，FD），復位管13用于對浮置擴散區復位，源跟隨器14用于將浮置擴散區的電信號放大輸出。所述像素的工作過程是：使光電二極管11接收光，以收集光生電荷；之后導通行選通管15，選通這一行；打開復位管13，之后關閉復位管13，使各感光單元的浮置擴散區處于復位狀態，通過源跟隨器14和行選通管15讀出復位電平；然后打開傳輸管12并關閉傳輸管12（此時光電二極管11進入積分時間，即接收光以收集光生電荷的時間），通過源跟隨器14和行選通管15讀出信號電平，所述復位電平和信號電平相減獲得讀出信號。最后關閉行選通管15，對下一行進行類似操作，從而獲得各感光單元的讀出信號。

圖像傳感器除了設置有上述具有不同作用的晶體管，還設置有與晶體管相連的金屬層，用以向晶體管提供信號，或者從晶體管中讀出信號。比如：與各感光單元中傳輸管12的柵極相連的行方向金屬層，用于向傳輸管12提供導通信號。又比如：與像素中行選通管15的源極相連的列方向金屬層，用于輸出信號。通常所述金屬層與各像素均相連，通常貫穿圖像傳感器的行或列。

隨著像素越做越小，金屬層圍成的開口也逐漸減小。為了增大所述開口，現有技術中發展了多像素共享結構。在所述多像素共享結構中，多個像素共享部分晶體管，以減小晶體管的數量，從而可以增大光電二極管11的面積。

參考圖2，示出了現有技術中8像素共享結構一實施例的示意圖。如圖2所示，所述8像素共享結構中每一像素單元均包括成4×2（4行2列）型的矩陣式排布的感光單元，每個感光單元均包括一光電二極管PD_i（i=0、1、2……7）以及與光電二極管相連的傳輸管TX_i（i=0、1、2……7）。

所述8像素共享結構還包括與各傳輸管TX_i（i=0、1、2……7）相連的行連接線R_i（i=0、1、2……7），具體地，每個感光單元的傳輸管TX_i（i=0、1、2……7）的柵極和與其對應的行連接線R_i（i=0、1、2……7）相連。在圖像傳感器的工作過程中，向所述行連接線R_i（i=0、1、2……7）上依次加載傳輸管導通信號，以依次導通各感光單元中的傳輸管TX_i（i=0、1、2……7）。

所述8感光單元共享結構共享一復位管RST、源跟隨器SF和行選通管SEL，所述復位管RST、源跟隨器SF和行選通管SEL構成讀出電路，以實現對信號的讀出。具體地，所述復位管RST和源跟隨器SF的漏極均和電源電壓相連，經由列連接線VDD加載電源電壓，所述行選通管SEL的源極與列連接線PXD相連，經由列連接線PXD輸出信號。所述8像素共享結構在列方向設置有兩條列連接線VDD、PXD。

由于復位管RST需要加載復位管導通信號，行選通管SEL的柵極需要加載行選通管導通信號，所述8像素共享結構在行方向上設置有分別與復位管RST的柵極和行選通管SEL的柵極相連的行連接線（圖中未示出），還設置有圖1所示的8條與傳輸管的柵極相連的行連接線R_i（i=0、1、2……7）。由此可見所述8像素共享結構在行方向總共設置有10條連接線。較多的行、列連接線容易造成金屬層擋光現象。