[發(fā)明專利]一種平板圖像傳感器

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310080092.4
• 申請(qǐng)日: 2013-03-13
• 公開（公告）號(hào): CN103259983B
• 公開（公告）日: 2017-02-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 金利波;王曉煜;劉琳
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 上海奕瑞光電子科技有限公司
• 主分類號(hào): H04N5/374
• 分類號(hào): H04N5/374;H04N5/3745;H01L27/146
• 代理公司: 上海光華專利事務(wù)所31219
• 代理人: 余明偉

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種圖像傳感器，特別是涉及一種平板圖像傳感器。

背景技術(shù)

平板圖像傳感器，特別是大尺寸圖像傳感器，面積通常數(shù)十厘米，數(shù)百萬(wàn)至千萬(wàn)像素。通常應(yīng)用于醫(yī)療輻射成像、工業(yè)探傷、安檢等領(lǐng)域。

大型平板圖像傳感器，如圖1所示，一般包括圖1：基板1(可以是玻璃或塑料等材料)，所有的傳感器都放置于基板上；像素2及3，像素以二維陣列排布在基板上，每個(gè)像素一般包括一個(gè)光電二極管（photodiode）2及一個(gè)薄膜晶體管（TFT）3；用于控制各像素的掃描線4及數(shù)據(jù)線5；用于提供光電二極管電壓的公共電極6。其基本原理是，公共電極施加一負(fù)電壓(比如-8V)將光電二極管置于反偏狀態(tài)，數(shù)據(jù)線接0V左右，掃描線接-10V左右將TFT關(guān)閉；當(dāng)光照后，光電二極管產(chǎn)生光電荷，掃描線電壓變?yōu)?5V左右將TFT打開，光電二極管產(chǎn)生的光電荷通過(guò)數(shù)據(jù)線流到外部電路，完成一行數(shù)據(jù)讀取，TFT關(guān)閉，再進(jìn)行下一行掃描。

其缺點(diǎn)是：由于像素不具備任何放大功能，而且photodiode轉(zhuǎn)換效率始終小于1，而且由于光電二極管不能占據(jù)整個(gè)像素區(qū)，所以讀出的電荷量始終小于入射光的量，導(dǎo)致信噪比低，在曝光較低的時(shí)候圖像質(zhì)量差。比如這在醫(yī)療x射線透視成像領(lǐng)域，需要在圖像傳感器前端設(shè)地轉(zhuǎn)換層將x射線轉(zhuǎn)換為可見光，其輸出的可見光非常微弱。而在x射線成像時(shí)增大曝光劑量對(duì)人體是有害的，所以應(yīng)盡量降低曝光劑量。

為了降低曝光劑量，提高信噪比，發(fā)展出像素放大電路，其結(jié)構(gòu)與CMOS圖像傳感器類似，CMOS圖像傳感器在硅晶圓上用常規(guī)的CMOS工藝形成。而大平板圖像傳感器通常需要數(shù)十厘米的尺寸，在晶圓上無(wú)法形成。所以一般使用在玻璃或其他基板上用TFT/photodiode形成。

Farhad?Taghibakhsh在論文《Active?Pixel?Sensor?Architectures?for?High?Resolution?Large?Area?Digital?Imaging》中描述一種典型的APS結(jié)構(gòu)，如圖2所示，T1為放大功能的薄膜晶體管（AMP?TFT），T2為重置功能的薄膜晶體管（Reset?TFT），T3為讀出功能的薄膜晶體管（Read?TFT），Detector為光電轉(zhuǎn)換器件（如光電二極管）。其基本原理是：

等待狀態(tài)：T1工作在飽和區(qū)，T2，T3工作在截止區(qū)，即柵接負(fù)電壓（如-10V），Vbias接正電壓（如6V)，掃描線（read?address）接負(fù)電壓(如-10V)，像素輸出端（Pixeloutput）接電荷放大器將電荷信號(hào)轉(zhuǎn)為電壓信號(hào)。

曝光狀態(tài)：光電轉(zhuǎn)換器件產(chǎn)生電荷△Qpixel，在T1的柵極形成電壓變化△Vg。

讀出狀態(tài)：掃描線（read?address）施加15V左右脈沖，脈沖寬度為T，由于△Vg引起T1源漏電流變化△Id，△Id*T即為最后讀到的電荷。

復(fù)位回到等待狀態(tài)：T3柵極掃描線（read?address）回到負(fù)壓，T2柵極掃描線（read?address）施加正脈沖將T2打開，將T1柵極復(fù)位到Vdd。

其問(wèn)題是：如果TFT使用非晶硅形成，由于非晶硅閾值電壓（Vth）漂移而導(dǎo)致性能不穩(wěn)定，同時(shí)非晶硅電子遷移率低而難以提高放大倍數(shù)。如果TFT使用多晶硅或氧化物半導(dǎo)體，電子遷移率分別為～10和100，同時(shí)其Vth漂移也相對(duì)較小，但其截止區(qū)或關(guān)態(tài)的漏電流太大(10^-13，10^-12次方量級(jí))，通過(guò)T2將△Qpixel(10^-13次方量級(jí))漏掉。限制了其在該技術(shù)上的應(yīng)用。

另一專利EP2027717B1提供了一種圖像傳感器，其結(jié)構(gòu)如圖3所示，通過(guò)光電二極管的Vcom(即圖中RST)進(jìn)行復(fù)位(Reset)，避免了圖2中T2的漏電流過(guò)大而引起有效信號(hào)Qpixel漏掉問(wèn)題。但缺點(diǎn)是，由于Vcom（RST）的寄生電容非常大，無(wú)法達(dá)到快速?gòu)?fù)位的目的。

發(fā)明內(nèi)容

鑒于以上所述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的在于提供一種平板圖像傳感器，用于解決現(xiàn)有技術(shù)中平板圖像傳感器漏電流過(guò)大或者復(fù)位速度太慢等問(wèn)題。

為實(shí)現(xiàn)上述目的及其他相關(guān)目的，本發(fā)明提供一種平板圖像傳感器，至少包括：

光電二極管，用于將光能轉(zhuǎn)換成電荷信號(hào)；

復(fù)位二極管，連接于所述光電二極管，用于對(duì)所述光電二極管進(jìn)行復(fù)位；

放大晶體管，其第一極連接外部電源，柵極連接于所述光電二極管的輸出端，用于對(duì)所述光電二極管輸出的電荷信號(hào)進(jìn)行放大；