[發(fā)明專利]具有固定電位輸出晶體管的圖像傳感器

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310168391.3
• 申請日: 2013-05-09
• 公開（公告）號(hào): CN103681707A
• 公開（公告）日: 2014-03-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 真鍋?zhàn)谄?/a>;柳政澔
• 申請（專利權(quán)）人: 全視科技有限公司
• 主分類號(hào): H01L27/146
• 分類號(hào): H01L27/146;H04N5/374;H04N5/3745;H04N5/378
• 代理公司: 北京律盟知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限責(zé)任公司 11287
• 代理人: 齊楊

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明大體涉及圖像傳感器，且特定但不詳盡地來說，涉及具有全局快門的圖像傳感器。

背景技術(shù)

圖像傳感器是普遍存在的。其廣泛使用于許多不同類型的應(yīng)用中。在某些類型的應(yīng)用(例如，醫(yī)療領(lǐng)域)中，圖像傳感器的大小及圖像質(zhì)量特別重要。因此，需要在不損害圖像質(zhì)量的情況下使圖像傳感器最小化。

圖1為說明常規(guī)的共享像素結(jié)構(gòu)100的電路圖。共享像素結(jié)構(gòu)100包括位于圖像傳感器內(nèi)的兩個(gè)像素的像素電路105。每一像素電路105包括光電二極管區(qū)域(“PD”)及為每一像素的常規(guī)操作提供多種功能性的晶體管電路。舉例來說，像素電路105可包括使圖像電荷開始在光電二極管區(qū)域PD內(nèi)進(jìn)行積累的電路、使光電二極管區(qū)域PD內(nèi)的圖像電荷復(fù)位的電路、將圖像電荷傳送到存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)(“MEM”)的電路以及將圖像電荷傳送到浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)(“FD”)的電路。為了控制此功能性，像素電路105需要以損害光電二極管區(qū)域PD為代價(jià)而占用每一像素內(nèi)的寶貴空間的布線。調(diào)節(jié)每一像素內(nèi)的此布線減少曝露于光的光電二極管區(qū)域PD的面積，借此減小像素的填充因數(shù)且使像素靈敏度及圖像質(zhì)量降級(jí)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例提供一種圖像傳感器，其包括像素陣列，所述圖像傳感器包含：第一像素的第一光敏區(qū)，其安置在襯底層內(nèi)或襯底層上以響應(yīng)于入射在所述第一像素上的光而積累圖像電荷；及所述第一像素的第一像素電路，其安置在所述襯底層內(nèi)或所述襯底層上，所述第一像素電路包括：第一傳送存儲(chǔ)晶體管，其耦合在所述第一光敏區(qū)與第一電荷存儲(chǔ)區(qū)域之間以將所述圖像電荷從第一光敏區(qū)傳送到所述第一電荷存儲(chǔ)區(qū)域；及第一輸出晶體管，其具有耦合在所述第一電荷存儲(chǔ)區(qū)域與浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)之間的溝道以選擇性地將所述圖像電荷從所述第一電荷存儲(chǔ)區(qū)域傳送到所述浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)，其中所述第一輸出晶體管的柵極耦合到第一固定電壓電位，且響應(yīng)于施加到所述第一傳送存儲(chǔ)晶體管的柵極的控制信號(hào)而選擇性地將所述圖像電荷從所述第一電荷存儲(chǔ)區(qū)域傳送到所述浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)。

本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例提供一種操作圖像傳感器的方法，其包含：響應(yīng)于入射在第一像素的第一光敏區(qū)上的光而將第一圖像電荷積累在所述第一光敏區(qū)上；通過臨時(shí)啟用耦合在所述第一光敏區(qū)與第一電荷存儲(chǔ)區(qū)域之間的第一傳送存儲(chǔ)晶體管而將所述第一圖像電荷從所述第一光敏區(qū)傳送到所述第一電荷存儲(chǔ)區(qū)域；將所述第一圖像電荷存儲(chǔ)在所述第一電荷存儲(chǔ)區(qū)域內(nèi)；通過將第一控制信號(hào)施加到所述第一傳送存儲(chǔ)晶體管的柵極而臨時(shí)啟用具有耦合到第一固定電壓電位的柵極的第一輸出晶體管；及當(dāng)將所述第一控制信號(hào)施加到所述第一傳送存儲(chǔ)晶體管的所述柵極的同時(shí)，通過所述第一輸出晶體管將所述第一圖像電荷從所述第一電荷存儲(chǔ)區(qū)域傳送到浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)，其中所述第一輸出晶體管耦合在所述第一電荷存儲(chǔ)區(qū)域與所述浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)之間。

附圖說明

參看以下圖式描述本發(fā)明的非限制性且非詳盡的實(shí)施例，其中除非另有規(guī)定，否則貫穿于各個(gè)圖式中相同的參考數(shù)字指代相同的部分。圖不一定按比例繪制，而是重點(diǎn)在于說明所描述的原理。

圖1(現(xiàn)有技術(shù))為說明常規(guī)共享像素結(jié)構(gòu)的電路圖。

圖2為根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例說明成像系統(tǒng)的功能框圖。

圖3為根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例說明具有共享像素電路的鄰近像素的電路圖，每一像素包括具有連接于固定電壓電位的柵極的輸出晶體管。

圖4為根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的包括連接于固定電壓電位的輸出晶體管的柵極的像素電路的象征性橫截面圖。

圖5為根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例說明用于操作成像系統(tǒng)的方法的流程圖。

圖6A到圖6D根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例說明包括具有連接于固定電壓電位的柵極的輸出晶體管的像素內(nèi)的電荷傳送的各個(gè)階段。

圖7A為根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例說明全局快門圖像傳感器的操作的時(shí)序圖。

圖7B為根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例說明圖像電荷從光敏區(qū)到電荷存儲(chǔ)區(qū)域的全局傳送的時(shí)序圖。

圖7C為根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例說明圖像電荷的逐行讀出的時(shí)序圖。

具體實(shí)施方式

本文描述用于圖像傳感器的操作的系統(tǒng)及方法的實(shí)施例。在以下描述中，陳述大量具體細(xì)節(jié)以提供對實(shí)施例的透徹理解。然而，相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到，可在缺少所述具體細(xì)節(jié)中的一者或一者以上的情況下或以其它方法、組件、材料等來實(shí)踐本文所描述的技術(shù)。在其它實(shí)例中，并未詳細(xì)展示或描述眾所周知的結(jié)構(gòu)、材料或操作，以免使某些方面語意不明。