[發(fā)明專利]包含光學(xué)可切換磁性隧道結(jié)陣列的圖像傳感器

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110572530.3
• 申請日: 2021-05-25
• 公開（公告）號: CN113851578A
• 公開（公告）日: 2021-12-28
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 阿希爾斯·加史瓦;A·P·雅各布;卞宇生;D·C·普里查德
• 申請（專利權(quán)）人: 格芯（美國）集成電路科技有限公司
• 主分類號: H01L43/04
• 分類號: H01L43/04;H01L43/06;H01L43/08;H01L27/22;H04N5/374
• 代理公司: 北京戈程知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11314
• 代理人: 程偉;王錦陽

本發(fā)明涉及包含光學(xué)可切換磁性隧道結(jié)陣列的圖像傳感器，揭示一種圖像傳感器，包括以列和行排列的光學(xué)可切換磁性隧道結(jié)(MTJ)陣列。該圖像傳感器具有透明導(dǎo)電材料的第一線路和導(dǎo)電材料的第二線路。各第一線路與對應(yīng)行中MTJ的自由層相接觸。各第二線路與對應(yīng)列中的固定層MTJ電性連接。第一線路同時暴露在輻射下。第一線路和第二線路可選擇性地偏置。在全局復(fù)位操作中，偏置條件使得所有MTJ被切換到反平行狀態(tài)。在全局感測操作中，偏置條件使得根據(jù)在與MTJ接觸的第一線路的那些部分接收到的輻射強度，MTJ可以切換到平行狀態(tài)。在選擇性讀取操作中，偏置條件使得可以讀取MTJ中存儲的數(shù)據(jù)值。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及傳感器，更具體而言，涉及包含光學(xué)可切換磁性隧道結(jié)陣列(MTJ)的圖像傳感器的實施例。

背景技術(shù)

傳統(tǒng)圖像傳感器是基于互補金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)的。具體而言，其包括基于CMOS像素的陣列。示例性的基于CMOS像素包括光電二極管(photodiode)(例如PIN光電二極管)以及包括復(fù)位晶體管(例如P型場效應(yīng)晶體管(PFET))、放大晶體管(例如N型場效應(yīng)晶體管(NFET))和訪問或選擇晶體管(例如另一NFET)的至少三個晶體管。這種基于CMOS的圖像傳感器的一個缺點是這些像素不是抗輻射的。具體而言，輻射會導(dǎo)致存儲的數(shù)據(jù)值泄露。另一個缺點是由于每個像素所需的裝置數(shù)量(例如，光電二極管和至少三個晶體管)以及相對大尺寸的光電二極管，像素陣列會消耗大量的芯片面積。

發(fā)明內(nèi)容

一般而言，本文公開的是圖像傳感器的實施例，其包括排列成列和行的可光學(xué)切換磁性隧道結(jié)(MTJ)陣列。MTJ可以在自由層和釘扎層之間包括絕緣體層。圖像傳感器可以進一步包括第一線路。第一線路至少部分可以由透明導(dǎo)電材料制成。各第一線路可以橫跨MTJ的對應(yīng)行，從而使其延伸并與對應(yīng)行中各MTJ的自由層相接觸。圖像傳感器還可以包括第二線路。第二線路可以由導(dǎo)電材料制成。各第二線路可以電性連接到對應(yīng)列中的各MTJ的釘扎層。這種圖像傳感器中的MTJ可以響應(yīng)于第一線路和第二線路上的特定偏置條件以及第一線路同時暴露于輻射而同時存儲圖像數(shù)據(jù)。

例如，本文公開的圖像傳感器實施例可以包括連接到第一線路和第二線路的外圍電路以及與外圍電路通信的控制器。響應(yīng)于來自控制器的控制信號，外圍電路可以對第一線路和第二線路施加第一組偏置條件以執(zhí)行關(guān)于MTJ的全局復(fù)位操作，并且更具體地，使所有MJT同時存儲第一數(shù)據(jù)值(例如，“0”數(shù)據(jù)值)。響應(yīng)于來自控制器的不同控制信號，外圍電路可以對第一線路和第二線路施加第二組偏置條件以執(zhí)行全局感測操作，并且更具體地，執(zhí)行使MTJ捕獲和存儲圖像數(shù)據(jù)的圖像捕獲操作。具體而言，第二偏置條件可由外圍電路施加于第一線路和第二線路，使得響應(yīng)于所有第一線路同時暴露于輻射中，當在緊鄰的第一線路部分接收到的輻射的實際強度水平大于閾值強度水平時，僅在給定的磁性隧道結(jié)中發(fā)生第一數(shù)據(jù)值到第二數(shù)據(jù)值的切換。最后，響應(yīng)于來自控制器的其他不同的控制信號，外圍電路可以施加第三組偏置條件來選擇第一線路和第二線路，以使能夠執(zhí)行選擇性的讀取操作，并且更具體地，能夠讀出給定MTJ中存儲的數(shù)據(jù)值。

應(yīng)當注意，本文公開的不同圖像傳感器實施例可以包括不同類型的MTJ。

例如，本文公開的一些圖像傳感器實施例可以包括自旋霍爾效應(yīng)型磁隧道結(jié)(SHE-MTJ)陣列。各SHE-MTJ可包括自由層和釘扎層之間的絕緣體層。這些圖像傳感器實施例可以進一步包括第一線路。第一線路可以包括透明導(dǎo)電自旋霍爾效應(yīng)材料(例如，厚度小于3nm的重金屬或石墨烯或顯示自旋霍爾效應(yīng)材料的其他一些合適的透明導(dǎo)電材料)。各第一線路可以橫跨并與對應(yīng)行中各SHE-MTJ的自由層接觸。這些圖像傳感器實施例還可以包括第二線路。第二線路可以包括導(dǎo)電材料。各第二線路可以電性連接到對應(yīng)列中的各磁隧道結(jié)的固定層。