图像传感器、像素结构及其控制方法技术

技术编号:18718503 阅读:24 留言:0更新日期:2018-08-21 23:53
本发明专利技术提供一种图像传感器、像素结构及其控制方法,所述像素结构包括:有源层;光电管,所述光电管置于所述有源层内;悬浮点,置于所述有源层内,所述光电管与所述悬浮点位于不同的层,且所述光电管与所述悬浮点在所述有源层上的投影不重叠;以及传输晶体管的栅极,位于所述有源层之上,所述传输晶体管的栅极在所述有源层上的投影分别与所述光电管及所述悬浮点在所述有源层上的投影部分重叠,所述传输晶体管的栅极包括多个子栅极,各子栅极沿第一方向排列,所述第一方向为所述光电管与所述悬浮点的电荷传输方向。本发明专利技术提供的图像传感器、像素结构及其控制方法提升图像传感器的性能。

Image sensor, pixel structure and control method thereof

The invention provides an image sensor, a pixel structure and a control method thereof. The pixel structure comprises an active layer, a photocell, the photocell in the active layer, a suspension point in the active layer, the photocell and the suspension point in different layers, and the photocell and the suspension point in the active layer. The projection on the active layer does not overlap; and the gate of the transfer transistor is located above the active layer. The projection of the gate of the transfer transistor on the active layer overlaps the projection on the phototube and the suspension point respectively on the active layer. The gate of the transfer transistor comprises a plurality of sub-gates. The electrodes are arranged in the first direction, which is the charge transfer direction of the phototube and the suspension point. The image sensor, the pixel structure and the control method provided by the invention enhance the performance of the image sensor.

【技术实现步骤摘要】
图像传感器、像素结构及其控制方法
本专利技术涉及半导体
,尤其涉及一种图像传感器、像素结构及其控制方法。
技术介绍
图像传感器正在被广泛用于消费类移动设备,安防监控,工业视觉,科学应用等领域。同时,这些领域对图像传感器的性能要求也在越来越高。高帧率的读取速度,低照度下的高感光,低暗电流,低噪声,以及高动态范围输出,这些多被作为各类场景应用的图像传感器性能指标。为了达到这些设计要求,图像传感器读取电路需要被优化为低噪声,高峰峰值输出,快速建立稳定系统。同时,更多的图像传感器性能提升来自于像素结构的合理优化和创新设计,因此本专利技术旨在提出一种新型的像素结构来提升图像传感器整体的性能。
技术实现思路
本专利技术为了克服上述现有技术存在的缺陷,提供一种图像传感器、像素结构及其控制方法,以提升图像传感器整体的性能。根据本专利技术的一个方面,提供一种像素结构,包括:有源层;光电管,所述光电管置于所述有源层内;悬浮点,置于所述有源层内,所述光电管与所述悬浮点位于不同的层,且所述光电管与所述悬浮点在所述有源层上的投影不重叠;以及传输晶体管的栅极,位于所述有源层之上,所述传输晶体管的栅极在所述有源层上的投影分别与所述光电管及所述悬浮点在所述有源层上的投影部分重叠,所述传输晶体管的栅极包括多个子栅极,各子栅极沿第一方向排列,所述第一方向为所述光电管与所述悬浮点的电荷传输方向。可选地,所述传输晶体管的各子栅极沿垂直所述第一方向的第二方向延伸。可选地,所述传输晶体管的各子栅极在所述第一方向上的间距为100nm至500nm。可选地,所述传输晶体管的栅极采用分块沉淀多晶硅的方式制程。可选地,还包括:复位晶体管,所述复位晶体管的栅极位于所述有源层之上,所述复位晶体管的栅极在所述有源层上的投影与所述悬浮点在所述有源层上的投影部分重叠;源跟随晶体管,所述源跟随晶体管的栅极位于所述有源层之上,所述复位晶体管的栅极在所述有源层上的投影位于所述源跟随晶体管的栅极与所述悬浮点在所述有源层上的投影之间,所述复位晶体管、源跟随晶体管与传输晶体管的栅极位于同一层。根据本专利技术的又一方面,还提供一种图像传感器,包括:像素阵列,包括如上所述的像素结构。根据本专利技术的又一方面,还提供一种像素结构的控制方法,应用于如上所述的像素结构,所述控制方法包括:使所述传输晶体管的栅极中至少两个子栅极连接不同的电压信号。可选地,所述传输晶体管的栅极中,靠近所述光电管的子栅极连接的电压信号的电势小于等于靠近所述悬浮点的子栅极连接的电压信号的电势,且与所述光电管相邻的子栅极连接的电压信号的电势小于与所述悬浮点相邻的子栅极连接的电压信号的电势。可选地,所述使所述传输晶体管的栅极中至少两个子栅极连接不同的电压信号包括:在第一阶段,在第一阶段,所述传输晶体管的各子栅极连接第一类电压信号;在第二阶段,所述传输晶体管的栅极中靠近所述光电管的子栅极连接所述第一类电压信号,所述传输晶体管的栅极中靠近所述悬浮点的子栅极连接第二类电压信号以保持导通。与现有技术相比,本专利技术的优点在于:通过替代一般的一整条形状的单一传输晶体管多晶硅栅,用以一定间距相隔的分段式多栅型传输晶体管的像素结构,可以简单灵活的提升图像传感器的性能;通过各段栅共同组成的传输晶体管上的不同电压配置,可以分别调整靠近光电管和靠近悬浮点(floatingdiffusionnode)的沟道电势值,从而可以降低传输晶体管导致的暗电流,同时又可以削弱传输晶体管和悬浮点高电势差导致的漏电,而减少白点坏像素的数目;传输晶体管被制造成N段分隔的栅,因此从光电管到悬浮点的电势势垒宽度,有可以通过电压调制而进行不同的调节,这有利于在保证沟道产生的暗电流尽量低,光电管存储电荷尽量多的情况下,灵活优化电荷传输的速度,减小信号的拖尾现象而实现高帧率的输出,达到各个性能指标的折中,靠近悬浮点的几段传输栅,又可以用来被施加高压,而形成跟悬浮点相连的MOS电容。因此,在高光照时,可以按需,改变几段传输栅的电压值来调节悬浮点电容和可以被存储的电荷数目,进而实现像素整体输出的高动态范围,并且此种方法不需要在像素单元内增加额外的开关控制和电容。附图说明通过参照附图详细描述其示例实施方式,本专利技术的上述和其它特征及优点将变得更加明显。图1示出了根据本专利技术实施例的像素结构的俯视图。图2示出了本专利技术实施例的像素结构的截面图与现有技术的像素结构的截面图的对比图。图3示出了本专利技术实施例的像素结构与现有技术的像素结构的沟道电势调节的对比图。图4示出了本专利技术实施例的像素结构与现有技术的像素结构的悬浮点电容值和电荷数目调节的对比图。图5示出了根据本专利技术实施例的一种像素结构的控制方法的流程图。具体实施方式现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而,示例实施方式能够以多种形式实施,且不应被理解为限于在此阐述的范例;相反,提供这些实施方式使得本公开将更加全面和完整,并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施方式中。此外,附图仅为本公开的示意性图解,并非一定是按比例绘制。图中相同的附图标记表示相同或类似的部分,因而将省略对它们的重复描述。附图中所示的一些方框图是功能实体,不一定必须与物理或逻辑上独立的实体相对应。可以采用软件形式来实现这些功能实体,或在一个或多个硬件模块或集成电路中实现这些功能实体,或在不同网络和/或处理器装置和/或微控制器装置中实现这些功能实体。为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚,下面进一步分别结合图1至图5对本专利技术作详细描述。首先参见图1和图2。图1示出了根据本专利技术实施例的像素结构100的俯视图。图2示出了本专利技术实施例的像素结构100的截面图与现有技术的像素结构200的截面图的对比图。像素结构100包括有源层110、光电管120、悬浮点130以及传输晶体管的栅极140。光电管120置于所述有源层110内。悬浮点130置于所述有源层110内。悬浮点130电性悬浮。所述光电管120与所述悬浮点130位于不同的层,且所述光电管120与所述悬浮点130在所述有源层110上的投影(如图1)不重叠。传输晶体管的栅极140位于所述有源层110之上。所述传输晶体管的栅极140在所述有源层110上的投影分别与所述光电管120及所述悬浮点130在所述有源层110上的投影部分重叠。所述传输晶体管的栅极140包括多个子栅极141。传输晶体管的各子栅极141沿X方向(即第一方向)排列。X方向为所述光电管120至所述悬浮点130的电荷传输方向。传输晶体管的各子栅极沿垂直所述X方向的Y方向(即第二方向)延伸,但本专利技术并非以此为限,传输晶体管的各子栅极141的延伸方向可以根据不同的像素结构而变化。具体而言,在光电管120和悬浮点130之间的电荷传输方向上,可以用分块沉积多晶硅(Poly)的方式来形成分段式的传输晶体管的栅结构140,同时,被分段的每一子栅极141,又可以单独连接各自的电极,通过不同的电压信号设置,可以实现对传输沟通不同位置的电势的独立调制。在本实施例中,像素结构100还包括复位晶体管及源跟随晶体管。为了清楚起见,图1中仅示出复位晶体管的栅极150及源跟随晶体管的栅极160。复位晶体管的栅极150位于所述本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种像素结构,其特征在于,包括:有源层;光电管,所述光电管置于所述有源层内;悬浮点,置于所述有源层内,所述光电管与所述悬浮点位于不同的层,且所述光电管与所述悬浮点在所述有源层上的投影不重叠;以及传输晶体管的栅极,位于所述有源层之上,所述传输晶体管的栅极在所述有源层上的投影分别与所述光电管及所述悬浮点在所述有源层上的投影部分重叠,所述传输晶体管的栅极包括多个子栅极,各子栅极沿第一方向排列,所述第一方向为所述光电管与所述悬浮点的电荷传输方向。

【技术特征摘要】
1.一种像素结构,其特征在于,包括:有源层;光电管,所述光电管置于所述有源层内;悬浮点,置于所述有源层内,所述光电管与所述悬浮点位于不同的层,且所述光电管与所述悬浮点在所述有源层上的投影不重叠;以及传输晶体管的栅极,位于所述有源层之上,所述传输晶体管的栅极在所述有源层上的投影分别与所述光电管及所述悬浮点在所述有源层上的投影部分重叠,所述传输晶体管的栅极包括多个子栅极,各子栅极沿第一方向排列,所述第一方向为所述光电管与所述悬浮点的电荷传输方向。2.如权利要求1所述的像素结构,其特征在于,所述传输晶体管的各子栅极沿垂直所述第一方向的第二方向延伸。3.如权利要求1所述的像素结构,其特征在于,所述传输晶体管的各子栅极在所述第一方向上的间距为100nm至500nm。4.如权利要求1所述的像素结构,其特征在于,所述传输晶体管的栅极采用分块沉淀多晶硅的方式制程。5.如权利要求1所述的像素结构,其特征在于,还包括:复位晶体管,所述复位晶体管的栅极位于所述有源层之上,所述复位晶体管的栅极在所述有源层上的投影与所述悬浮点在所述有源层上的投影部分重叠;源跟随晶体管,所述源跟随晶体管的栅极位于所述有源层...

【专利技术属性】
技术研发人员:段杰斌严慧婕温建新李琛董林妹
申请(专利权)人:上海集成电路研发中心有限公司成都微光集电科技有限公司
类型:发明
国别省市:上海,31

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