[發明專利]一種4T有源像素結構及其工作方法

在審

• 申請號: 202310046392.4
• 申請日: 2023-01-31
• 公開（公告）號: CN115799289A
• 公開（公告）日: 2023-03-14
• 發明（設計）人: 高志遠
• 申請（專利權）人: 天津海芯微電子技術有限公司
• 主分類號: H01L27/146
• 分類號: H01L27/146;H04N25/76
• 代理公司: 天津企興智財知識產權代理有限公司 12226
• 代理人: 劉影

1.一種4T有源像素結構，其特征在于：包括P型襯底、SiO₂層、鉗位光電二極管PPD、傳輸晶體管柵極TG、浮動擴散電容FD、復位晶體管柵極RG、復位晶體管漏極RD、源極跟隨器M_sf、選通晶體管M_rs和列總線col_line；

所述鉗位光電二極管PPD、浮動擴散電容FD、復位晶體管漏極RD均設置于P型襯底上的擴散區域，所述P型襯底上層覆蓋有SiO₂層，所述傳輸晶體管柵極TG、復位晶體管柵極RG設置于SiO₂層的多晶硅柵極區域；所述鉗位光電二極管PPD為傳輸晶體管的源極，所述浮動擴散電容FD為傳輸晶體管的漏極，所述浮動擴散電容FD為復位晶體管的源極；所述浮動擴散電容FD節點通過金屬導線連接到源極跟隨器M_sf的柵極，所述源極跟隨器M_sf的源極與選通晶體管M_rs的漏極相連，所述源極跟隨器M_sf的漏極接電源VDD，所述選通晶體管M_rs的源極與列總線col_line相連；

所述浮動擴散電容FD區域靠近復位晶體管柵極RG一側的邊界與復位晶體管柵極RG靠近浮動擴散電容FD一側的邊界距離為L，所述L＞0，將兩者邊界之間的區域記為R。

2.根據權利要求1所述的一種4T有源像素結構，其特征在于：所述傳輸晶體管、復位晶體管、源極跟隨器M_sf、選通晶體管M_rs均采用NMOS晶體管。

3.根據權利要求1所述的一種4T有源像素結構，其特征在于：所述傳輸晶體管柵極TG連接到電壓信號TX。

4.根據權利要求1所述的一種4T有源像素結構，其特征在于：所述復位晶體管柵極RG連接到電壓信號RST。

5.根據權利要求1所述的一種4T有源像素結構，其特征在于：所述復位晶體管漏極RD接電源VDD。

6.根據權利要求1所述的一種4T有源像素結構，其特征在于：所述源極跟隨器M_sf的柵極連接到輸入信號RS。

7.應用于權利要求1-6任一所述的一種4T有源像素結構的工作方法，包括以下步驟：

S1、將像素結構工作的一幀周期分為三個階段，分別為復位階段、曝光階段、讀出階段；

S2、執行復位階段；

S3、執行曝光階段；

S4、執行讀出階段。

8.根據權利要求7所述的一種4T有源像素結構的工作方法，其特征在于：在步驟S2中的執行復位階段包括以下步驟：

S21、復位晶體管柵極RG的電壓信號RST和傳輸晶體管柵極TG的電壓信號TX置為高電平；

S22、鉗位光電二極管PPD和浮動擴散電容FD復位，曝光開始。

9.根據權利要求8所述的一種4T有源像素結構的工作方法，其特征在于：在步驟S3中的執行曝光階段包括以下步驟：

S31、像素結構進行曝光；

S32、鉗位光電二極管PPD中產生光生電荷；

S33、曝光階段結束，曝光完成。

10.根據權利要求9所述的一種4T有源像素結構的工作方法，其特征在于：在步驟S4中的執行讀出階段包括以下步驟：

S41、輸入信號RS的電壓信號SEL置為高電平，選通晶體管M_rs導通；

S42、浮動擴散電容FD節點的電壓通過源極跟隨器M_sf傳輸到列總線col_line；

S43、電壓信號RST置為高電平，復位晶體管開啟，拉高復位晶體管柵極RG與浮動擴散電容FD之間區域電勢，激活浮動擴散電容FD節點復位操作，浮動擴散電容FD處于復位狀態；

S44、電壓信號RST置為低電平，復位晶體管關閉，浮動擴散電容FD復位結束；

S45、浮動擴散電容FD節點的復位電壓V_rst傳輸到列總線col_line；

S46、傳輸晶體管柵極TG的電壓信號TX置為高電平，傳輸晶體管開啟，累積在鉗位光電二極管PPD中的光生電荷轉移到浮動擴散電容FD區域；

S47、浮動擴散電容FD節點的信號電壓V_sig傳輸到列總線col_line。