固态成像元件、固态成像元件的驱动方法、以及电子装置制造方法及图纸

一种固态成像元件，包括驱动电路以及具有以矩阵形式排列的像素的像素单元。所述像素包括配置为将入射在其上的光转换为电荷并且累积电荷的光电转换元件、连接到所述光电转换元件的电荷保持单元、以及浮置扩散区域。所述驱动电路将所述光电转换元件中累积的电荷的第一部分转移到所述电荷保持单元，并且同时将所述光电转换元件中累积的电荷的第二部分转移到所述浮置扩散区域。通过基本同时转移来自像素的每个的光电转换元件的电荷，实现电子全局快门。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】固态成像元件、固态成像元件的驱动方法、以及电子装置
本公开涉及固态成像元件、固态成像元件的驱动方法、以及电子装置，并且具体地，涉及能够成像更好的图像的固态成像元件、固态成像元件的驱动方法、以及电子装置。
技术介绍
在现有技术中，在数字静态相机、数字摄像机等中广泛地使用诸如CMOS(金属互补氧化物)图像传感器和CCD(电荷藕合器件)图像传感器的固态成像元件。此外，近年来，从电源电压低并且功耗低的角度来说，CMOS图像传感器通常适于在诸如提供有成像功能的移动电话装置的移动装置中安装的固态成像元件。例如，在CMOS图像传感器中，由包括在像素中的PD(光电二极管)光电转换的电荷转移到作为浮置扩散区域的FD(浮置扩散)。此外，通过测量FD的电势，读出对应于由PD生成的电荷的电平的像素信号。通常，CMOS图像传感器一次仅可以对于一行像素执行像素信号的读出，因此，不可能提供屏幕的曝光时间的同步性。与此相关，例如，根据已知为“全局快门”的读出像素信号的技术，开发了提供有屏幕的曝光时间的同步性的CMOS图像传感器。在现有技术中，为了实现全局快门，需要在像素中提供屏蔽电荷保持区域，并且在等待像素信号的读出的像素中的电荷保持区域中保持像素信号。作为该电荷保持区域，通常使用像素中提供的FD。此外，本申请人提出了一种固态成像元件，其通过使用CCD型存储器部分和FD作为电荷保持区域，避免饱和电荷量的减少(例如，参照PTL1)。引用列表专利文献PTL1：日本未审专利申请公开No.2009-268083
技术实现思路
技术问题顺便提及，近年来，尽管固态成像元件的小型化正在进展，但是存在对于灵敏度的进一步改进、饱和电荷量的增加等的需求，并且希望即使在小型固态成像元件中也能够执行更好图像的成像的技术的发展。鉴于这样的情况做出本公开，并且使得可能执行更好图像的成像。对于问题的解决方案根据本公开的示例性实施例的一个方面，可能提供一种固态成像元件，包括：驱动电路；以及像素单元，包括以矩阵形式排列的像素。所述像素的给定一个包括光电转换元件，配置为将入射在其上的光转换为电荷，并且累积电荷，电荷保持单元，连接到所述光电转换元件，以及浮置扩散区域。此外，所述驱动电路配置为对于所述像素的给定一个执行转移操作，包括使得所述电荷保持单元接收并且保持在所述光电转换元件中累积的电荷的第一部分，并且同时使得所述浮置扩散区域接收并且保持在所述光电转换元件中累积的电荷的第二部分。上述示例性实施例允许小型化电荷保持单元，而不减少可以由像素保持的电荷的量。因为电荷保持单元的小型化，可以减小像素尺寸，并且在相同尺寸的成像元件中可以包括更多像素，或者像素尺寸可以保持相同，并且光电转换元件的区域可以加宽，增加光电转换元件的饱和电荷量。根据上述示例性实施例的另一个方面，所述驱动电路可以配置为在执行所述转移操作之后，读出对应于所述光电转换元件中累积的电荷的第二部分的量的数据信号，并且随后读出对应于所述光电转换元件中累积的电荷的第一部分的量的数据信号。根据上述示例性实施例的另一个方面，所述驱动电路配置为在读出对应于所述光电转换元件中累积的电荷的第二部分的量的数据信号之后，并且在读出对应于所述光电转换元件中累积的电荷的第一部分的量的数据信号之前：复位所述浮置扩散区域；读出对应于所述浮置扩散区域的复位电平的数据信号；以及执行次级转移操作，包括使得所述电荷保持单元中保持的所述光电转换元件中累积的电荷的第一部分转移到所述浮置扩散区域。根据上述示例性实施例的另一个方面，所述像素的给定一个包括：复位晶体管，连接到所述浮置扩散区域和复位电势，并且配置为当对其施加复位信号时导通；以及选择晶体管，配置为当对其施加选择信号时，输出数据信号到所述驱动电路，所述数据信号基于所述浮置扩散区域中保持的电荷的量。此外，所述驱动电路可以配置为：当所述光电转换元件中累积的电荷的第二部分保持在所述浮置扩散区域中时，通过施加所述选择信号到所述选择晶体管，读出对应于所述光电转换元件中累积的电荷的第二部分的量的数据信号，通过施加所述复位信号到所述复位晶体管，复位所述浮置扩散区域，通过在复位所述浮置扩散区域之后施加所述选择信号到所述选择晶体管，读出对应于所述浮置扩散区域的复位电平的数据信号，并且当所述光电转换元件中累积的电荷的第一部分保持在所述浮置扩散区域中时，通过施加所述选择信号到所述选择晶体管，读出对应于所述光电转换元件中累积的电荷的第一部分的量的数据信号。根据上述示例性实施例的另一个方面，所述像素的每个可以包括光电转换元件，配置为将入射在其上的光转换为电荷，并且累积电荷，并且其中所述驱动电路配置执行全局快门操作，包括：通过基本同时复位所述像素的每个的所述光电转换元件，基本同时开始对于所述像素的每个的各个电荷累积时段，并且基本同时结束对于所述像素的每个的各个累积时段。根据上述示例性实施例的另一个方面，所述像素的每个可以包括电荷保持单元，连接到其光电转换元件，以及浮置扩散区域。此外，所述驱动电路可以配置为通过基本同时对于所述像素的每个执行所述转移操作，基本同时结束对于所述像素的各个累积时段。根据上述示例性实施例的另一个方面，所述驱动电路可以配置为执行滚动读出操作，包括从所述像素的每个读出对应于所述像素的所述光电转换元件中累积的各个电荷的各个数据信号。此外，所述驱动电路可以配置为在执行对于第n成像帧的滚动读出操作的同时，开始对于第(n+1)成像帧的全局快门操作。根据上述示例性实施例的另一个方面，所述像素的给定一个可以包括漏极晶体管，连接到所述光电转换元件和漏极电势。所述驱动电路可以配置为通过使得所述漏极晶体管对于脉冲时段处于导通状态，复位所述光电转换元件。此外，当非导通状态时所述漏极晶体管与所述光电转换元件之间的势垒的量可以小于所述电荷保持单元和所述光电转换元件之间势垒的量。根据上述示例性实施例的另一个方面，所述像素的每个可以包括：光电转换元件，配置为将入射在其上的光转换为电荷，并且累积电荷，电荷保持单元，连接到其光电转换元件，以及浮置扩散区域。此外，所述像素可以以N≥2像素的分组排列，并且N是整数，使得包括在所述分组的相同一个中的那些像素共同分享一个浮置扩散区域，所述一个浮置扩散区域构成包括在共同分享所述一个浮置扩散区域的那些像素的每个中的各个浮置扩散区域。根据上述示例性实施例的另一个方面，所述驱动电路可以配置为通过驱动机械快门基本同时结束对于所述像素的各个累积时段。根据上述示例性实施例的另一个方面，所述电荷保持单元的电荷保持容量可以小于所述光电转元件的电荷保持容量。根据上述示例性实施例的另一个方面，所述固态成像元件可以包括在电子成像装置中。根据本公开的另一示例性实施例的一个方面，可以执行一种操作固态成像元件的方法，所述固态成像元件可以包括以矩阵形式排列的像素，其中所述像素的给定一个可以包括配置为将入射在其上的光转换为电荷并且累积电荷的光电转换元件、连接到所述光电转换元件的电荷保持单元、以及浮置扩散区域。所述方法可以包括：对于所述像素的给定一个执行转移操作，使得所述电荷保持单元接收并且保持在所述光电转换元件中累积的电荷的第一部分，并且同时使得所述浮置扩散区域接收并且保持在所述光电转换元件中累积的电荷的第二部分。根本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种固态成像元件，包括：驱动电路；以及像素单元，包括以矩阵形式排列的像素，其中所述像素的给定一个包括光电转换元件，配置为将入射在其上的光转换为电荷，并且累积电荷，电荷保持单元，连接到所述光电转换元件，以及浮置扩散区域，并且其中所述驱动电路配置为对于所述像素的给定一个执行转移操作，包括使得所述电荷保持单元接收并且保持在所述光电转换元件中累积的电荷的第一部分，并且同时使得所述浮置扩散区域接收并且保持在所述光电转换元件中累积的电荷的第二部分。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2012.03.30 JP 2012-0790311.一种固态成像元件，包括：驱动电路；以及像素单元，包括以矩阵形式排列的像素，其中所述像素的给定一个包括光电转换元件，配置为将入射在其上的光转换为电荷，并且累积电荷，电荷保持单元，连接到所述光电转换元件，以及浮置扩散区域，并且其中所述驱动电路配置为对于所述像素的给定一个执行转移操作，包括使得所述电荷保持单元接收并且保持在所述光电转换元件中累积的电荷的第一部分，并且同时使得所述浮置扩散区域接收并且保持在所述光电转换元件中累积的电荷的第二部分，其中所述驱动电路配置为执行滚动读出操作，包括从所述像素的每个读出对应于所述像素的所述光电转换元件中累积的各个电荷的各个数据信号，并且其中所述驱动电路配置为在执行对于第n成像帧的滚动读出操作的同时，开始对于第(n+1)成像帧的全局快门操作，其中所述像素的每个包括：光电转换元件，配置为将入射在其上的光转换为电荷，并且累积电荷，电荷保持单元，连接到其光电转换元件，以及浮置扩散区域，并且其中所述像素以N≥2像素的分组排列，并且N是整数，并且其中包括在所述分组的相同一个中的那些像素共同分享一个浮置扩散区域，所述一个浮置扩散区域构成包括在共同分享所述一个浮置扩散区域的那些像素的每个中的各个浮置扩散区域。2.如权利要求1所述的固态成像元件，其中所述驱动电路配置为在执行所述转移操作之后，读出对应于所述光电转换元件中累积的电荷的第二部分的量的数据信号，并且随后读出对应于所述光电转换元件中累积的电荷的第一部分的量的数据信号。3.如权利要求2所述的固态成像元件，其中所述驱动电路配置为在读出对应于所述光电转换元件中累积的电荷的第二部分的量的数据信号之后，并且在读出对应于所述光电转换元件中累积的电荷的第一部分的量的数据信号之前：复位所述浮置扩散区域；读出对应于所述浮置扩散区域的复位电平的数据信号；以及执行次级转移操作，包括使得所述电荷保持单元中保持的所述光电转换元件中累积的电荷的第一部分转移到所述浮置扩散区域。4.如权利要求3所述的固态成像元件，其中所述像素的给定一个包括：复位晶体管，连接到所述浮置扩散区域和复位电势，并且配置为当对其施加复位信号时导通；以及选择晶体管，配置为当对其施加选择信号时，输出数据信号到所述驱动电路，所述数据信号基于所述浮置扩散区域中保持的电荷的量；其中所述驱动电路配置为：当所述光电转换元件中累积的电荷的第二部分保持在所述浮置扩散区域中时，通过施加所述选择信号到所述选择晶体管，读出对应于所述光电转换元件中累积的电荷的第二部分的量的数据信号，通过施加所述复位信号到所述复位晶体管，复位所述浮置扩散区域，通过在复位所述浮置扩散区域之后施加所述选择信号到所述选择晶体管，读出对应于所述浮置扩散区域的复位电平的数据信号，并且当所述光电转换元件中累积的电荷的第一部分保持在所述浮置扩散区域中时，通过施加所述选择信号到所述选择晶体管，读出对应于所述光电转换元件中累积的电荷的第一部分的量的数据信号。5.如权利要求1所述的固态成像元件，其中所述像素的每个包括光电转换元件，配置为将入射在其上的光转换为电荷，并且累积电荷，并且其中所述驱动电路配置执行全局快门操作，包括：通过同时复位所述像素的每个的所述光电转换元件，同时开始对于所述像素的每个的各个电荷累积时段，并且同时结束对于所述像素的每个的各个累积时段。6.如权利要求5所述的固态成像元件，其中所述像素的每个包括电荷保持单元，连接到其光电转换元件，以及浮置扩散区域，并且其中所述驱动电路配...

【专利技术属性】
技术研发人员：马渕圭司，
申请(专利权)人：索尼公司，
类型：发明
国别省市：日本;JP