一种图像传感器像素结构制造技术

本实用新型专利技术公开了一种图像传感器像素结构，包括置于半导体基体中的光电二极管、复位晶体管、源跟随晶体管、选择晶体管、漂浮有源区，还包括第一电荷传输晶体管、第二电荷传输晶体管以及置于第一电荷传输晶体管和第二电荷传输晶体管之间的电容。光电二极管在曝光周期中，第一电荷传输晶体管做开启并关闭操作多于1次，进而将多于1倍光电二极管饱和容量的光电电荷存储在电容中；光电二极管曝光结束时，将存储在电容中的光电电荷转移至漂浮有源区，进行读取光电信号操作，从而提高了图像传感器像素的电荷饱和容量。

【技术实现步骤摘要】
一种图像传感器像素结构
本技术涉及图像传感器领域，特别涉及一种图像传感器像素结构。
技术介绍
图像传感器已经被广泛地应用于数码相机、移动手机、医疗器械、汽车和其他应用场合。特别是制造￠:103(互补型金属氧化物半导体)图像传感器和(^0(电荷耦合型器件)图像传感器技术的快速发展，使人们对图像传感器的输出图像品质有了更高的要求。 在现有技术中，随着市场的需求和半导体制作工艺精度尺寸不断缩小的进步，图像传感器的分辨率不断增加，而像素单元面积在不断减小，例如市场上已经出现了 1.1.1皿，甚至0.9皿的像素的图像传感器，但是图像传感器的像素面积越小饱和阱容量就会越低，从而影响了动态范围，使得使用小面积像素的图像传感器采集的图像效果不尽人意。例如，1.111111像素的阱电容约为0.5作，其信号饱和阱容量范围一般为25006—?35006 ―，而0.9皿像素的饱和容量可能会低至15006—。 现有技术中的图像传感器像素一般采用0103图像传感器四晶体管像素结构，如图1所示。四晶体管有源像素的元器件包括:光电二极管101、电荷传输晶体管102、复位晶体管103、源跟随晶体管104和选择晶体管105、以及列位线106、漂浮有源区祝①匕社1叩01打1181118)，其中￠:?表征漂浮有源区％的寄生电容，IX、仏、％分别为复位晶体管103、电荷传输晶体管102、选择晶体管105的栅极端，7(1(1为电源电压。光电二极管101接收外界入射的光线，产生光电电荷，光电二极管101积分完毕时，开启电荷传输晶体管102，将光电电荷从光电二极管101转移至漂浮有源％后关闭电荷传输晶体管102，此光电电荷被源跟随晶体管104探测到，并转换为光电电势信号，同时开启选择晶体管105，通过列位线106将光电电势信号读出。 现有技术中的小面积图像传感器像素，因为面积小，其饱和电荷容量被限制在电容有限的光电二极管器件及其像素的工作方式上；像素的面积越小，其饱和容量越低，其采集到的图像信息量就会越少，进而降低了图像传感器采集的图像品质。
技术实现思路
本技术的目的是提供一种高效的、提高图像传感器像素饱和容量的图像传感器像素结构。 本技术的目的是通过以下技术方案实现的: 本技术的图像传感器像素结构，包括置于半导体基体中的光电二极管、复位晶体管、源跟随晶体管、选择晶体管、漂浮有源区，还包括第一电荷传输晶体管和第二电荷传输晶体管，所述第一电荷传输晶体管与第二电荷传输晶体管之间设有电容； 所述第一电荷传输晶体管的源极与所述光电二极管相连，其漏极与所述电容和第二电荷传输晶体管的源极相连，所述第二电荷传输晶体管的漏极与所述漂浮有源区相连。 技术由上述本技术提供的技术方案可以看出，本技术实施例提供的图像传感器像素结构，由于像素结构中置有电容器件，在光电二极管积分周期中，其第一电荷传输晶体管可以多次将光电二极管中的光电电荷转移至电容，并储存起来；光电二极管积分周期结束时，开启第二电荷传输晶体管，将储存在电容中的光电电荷转移至漂浮有源区，进行光电信号读取操作。因此，本技术的像素结构及其操作方法，解决了小面积像素的信号饱和容量低的问题。 【附图说明】 图1为现有技术的图像传感器像素结构电路示意图。 图2为本技术实施例的图像传感器像素结构示意图。 图3为本技术实施例的图像传感器像素，采用金属-绝缘层-金属结构作为电容的电路示意图。 图4为本技术实施例的图像传感器像素，采用晶体管器件作为电容的电路示意图。 图5为本技术实施例的图像传感器像素，积分周期中，进行第一次转移光电二极管中光电电荷前的示意图。 图6为本技术实施例的图像传感器像素，积分周期中，进行第一次转移光电二极管中光电电荷时的示意图。 图7为本技术实施例的图像传感器像素，积分周期中，进行第一次转移光电二极管中光电电荷完毕后的示意图。 图8为本技术实施例的图像传感器像素，积分周期结束时，进行第~⑶大于等于2)次转移光电二极管中光电电荷完毕后的示意图。 图9为本技术实施例的图像传感器像素，积分周期结束后，将储存在电容中的光电电荷转移至漂浮有源区时的示意图。 图10为本技术实施例的图像传感器像素，积分周期结束后，将储存在电容中的光电电荷转移至漂浮有源区完毕后的示意图。 图11为本技术实施例的图像传感器像素的光电响应曲线示意图。 【具体实施方式】 下面将对本技术实施例作进一步地详细描述。 本技术的图像传感器像素结构，其较佳的【具体实施方式】是: 包括置于半导体基体中的光电二极管、复位晶体管、源跟随晶体管、选择晶体管、漂浮有源区，还包括第一电荷传输晶体管和第二电荷传输晶体管，所述第一电荷传输晶体管与第二电荷传输晶体管之间设有电容； 所述第一电荷传输晶体管的源极与所述光电二极管相连，其漏极与所述电容和第二电荷传输晶体管的源极相连，所述第二电荷传输晶体管的漏极与所述漂浮有源区相连。 所述电容是金属-绝缘层-金属结构的电容或晶体管器件电容。 所述金属-绝缘层-金属结构的电容的一端与所述第一电荷传输晶体管的漏极相连，另一端外接电势； 所述晶体管器件电容的源漏极与所述第一电荷传输晶体管的漏极相连，其栅极外接电势。 所述金属-绝缘层-金属结构的电容的外接电势大于等于01 ；所述晶体管器件电容的外接电势大于等于-0.V！。 所述电容的电容值大于等于1作。 本技术的上述的图像传感器像素结构的操作方法，包括步骤: 3、复位光电二极管操作，开启复位晶体管，第一电荷传输晶体管和第二电荷传输晶体管，将光电二极管中的电荷清除完毕后，关闭复位晶体管，第一电荷传输晶体管和第二电荷传输晶体管，光电二极管开始积分； 6、第一次光电电荷转移操作，第二电荷传输晶体管处于关闭状态，光电二极管积分时长为0时，开启第一电荷传输晶体管，将光电二极管中的光电电荷转移至电容完毕后，关闭第一电荷传输晶体管； 0、第二次光电电荷转移操作，第二电荷传输晶体管处于关闭状态，光电二极管积分时长距第一次光电电荷转移操作12时，开启第一电荷传输晶体管，将光电二极管中的光电电荷转移至电容完毕后，关闭第一电荷传输晶体管； I第~次光电电荷转移操作，第二电荷传输晶体管处于关闭状态，光电二极管积分时长距第化1次光电电荷转移操作丨11时，开启第一电荷传输晶体管，将光电二极管中的光电电荷转移至电容完毕后，关闭第一电荷传输晶体管； 6、复位电势信号读取操作，光电二极管积分周期结束后，第一电荷传输晶体管和第二电荷传输晶体管处于关闭状态，开启复位晶体管，漂浮有源区复位完毕后，关闭复位晶体管，然后开启选择晶体管，复位电势信号经由列位线被后续电路读取并保存； ？、光电电势信号读取操作，复位电势信号读取操作完毕后，复位晶体管处于关闭状态，第一电荷传输晶体管处于关闭状态，开启第二电荷传输晶体管和选择晶体管，将储存在电容中的光电电荷转移至漂浮有源区完毕后，关闭第二电荷传输晶体管，光电电势信号经由列位线被后续电路读取并保存。 所述光电电荷转移操作的次数~值大于等于2，所述积分时间〖1、丨2.....^之和等于本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种图像传感器像素结构，包括置于半导体基体中的光电二极管、复位晶体管、源跟随晶体管、选择晶体管、漂浮有源区，其特征在于，还包括第一电荷传输晶体管和第二电荷传输晶体管，所述第一电荷传输晶体管与第二电荷传输晶体管之间设有电容；所述第一电荷传输晶体管的源极与所述光电二极管相连，其漏极与所述电容和第二电荷传输晶体管的源极相连，所述第二电荷传输晶体管的漏极与所述漂浮有源区相连。

【技术特征摘要】
1.一种图像传感器像素结构，包括置于半导体基体中的光电二极管、复位晶体管、源跟随晶体管、选择晶体管、漂浮有源区，其特征在于，还包括第一电荷传输晶体管和第二电荷传输晶体管，所述第一电荷传输晶体管与第二电荷传输晶体管之间设有电容； 所述第一电荷传输晶体管的源极与所述光电二极管相连，其漏极与所述电容和第二电荷传输晶体管的源极相连，所述第二电荷传输晶体管的漏极与...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭同辉，旷章曲，
申请(专利权)人：北京思比科微电子技术股份有限公司，
类型：新型
国别省市：北京;11