全局像素电路、图像传感器及信号采集方法技术

本发明专利技术提供了一种全局像素电路、图像传感器及信号采集方法，采用量子点光敏电阻作为感光元件实现可见光和短波红外的探测，同时，本发明专利技术的全局硅工艺量子点像素电路中，FD节点和量子点光敏电阻分别采用彼此独立的两个电平复位管，一个对电容MOS管进行复位，另一个对信号存储电容进行复位。该像素能够将曝光之后获取的信号电平存储在电容MOS管中，在信号读出阶段再将其采样读出，从而实现了全局曝光。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及集成电路
，具体涉及一种全局硅工艺量子点像素电路及信号采集方法。
技术介绍
图像传感器是指将光信号转换为电信号的装置，其可以基于电荷耦合器件(CCD)技术、互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感技术或基于量子点的光电探测技术进行制备得到。量子点是纳米尺寸的半导体晶粒，它具有禁带宽度随尺寸可调的的特性，其光吸收特性也是随之可调。通过选择合适的量子点材料和尺寸，可以采用溶液法制备对可见光或红外高灵敏度的量子点膜，工艺简单。量子点制备的光电探测器具有灵敏度高，波段易调制、工艺简单成本低等优势，市场前景广阔。同硅基的CMOS图像传感器比较，对于短波红外的检测，量子点具有成本低和性能优良的特点。为了在硅片上实现光电集成，在过去的几十年，人们开展了大量硅基发光材料和器件的研究工作，如在硅衬底上集成III-V族发光材料，或者制作多孔硅等。然而，硅衬底上集成发光材料的重要因素是晶格匹配问题以及发光调制问题，而利用量子点则不需要考虑晶格匹配并且发光波长可通过粒径调控，如果能够在硅基上制作出量子点光敏电阻，并且结合业已成熟的CMOS图像传感技术，将能够制造价格更为低廉，感光波段更为宽广，灵敏度更高的硅基图像传感器。
技术实现思路
为了克服以上问题，本专利技术旨在提供一种全局硅工艺量子点像素电路及信号采集方法。为了达到上述目的，本专利技术提供了一种全局硅工艺量子点像素电路，至少包括：量子点光敏电阻、信号存储电容复位MOS管以及信号读取电路单元；信号读取电路单元包括：复位开关管(M1)、传输管(M2)、源跟随器(M3)、行选开关管(M4)和MOS电容(M5)；其中，量子点光敏电阻的一端接参考电平(Vqd)，另一端与复位开关管(M1)的源极相连；信号存储电容复位MOS管的漏极与电源(VDD)相连，信号存储电容复位MOS管的栅极与信号输入端(QDreset)相连，信号存储电容复位MOS管的源极与量子点光敏电阻的所述另一端以及MOS电容(M5)的栅极相连接；复位开关管(M1)的漏极接复位电压(Vreset)，复位开关管(M1)的栅极接像素输入端(RX)，复位开关管(M1)的源极接传输管(M2)的源极于一节点(FD)，传输管(M2)的栅极与像素单元输入端(TG)相连，以及传输管(M2)的漏极与量子点光敏电阻的所述另一端相连；MOS电容(M5)的栅极与传输管(M2)的漏极相连，MOS电容(M5)的源极和漏极与参考电平(Vqd)相连，MOS电容(M5)的体电容接地；源跟随器(M3)的漏极接电源(VDD)，源跟随器(M3)的栅极与节点(FD)相连，源跟随器(M3)的源极与行选开关管(M4)的漏极相连；行选开关管(M4)的栅极与行选输入端(RS)相连，行选开关管(M4)的源极作为整个全局硅工艺量子点像素电路的输出端；其中，曝光时，信号读取电路单元在曝光时间内将量子点光敏电阻流出的电流进行积分得到光生电压，当入射到量子点光敏电阻上的光线的强弱发生改变时导致量子点光敏电阻的阻值发生改变，从而改变流经量子点光敏电阻的电流，并且最终导致光生电压的数值发生改变。优选地，所述MOS电容(M5)作为电平复位管。优选地，所述量子点光敏电阻包括可见光敏感量子点和红外光敏感量子点。为了达到上述目的，本专利技术还提供了一种图像传感器，采用上述的全局硅工艺量子点像素电路。为了达到上述目的，一种采用上述的全局硅工艺量子点像素电路所进行的信号采集方法，包括以下步骤：步骤01：将像素输入端(RX)和信号输入端(QDreset)置为高电平，复位开关管(M1)和MOS电容(M5)开启；接着，将行选输入端(RS)和像素单元输入端(TG)置为低电平，传输管(M2)和行选开关管(M4)关断，然后将信号存储电容复位MOS管和量子点光敏电阻复位；步骤02：将像素输入端(RX)置为高电平，复位开关管(M1)开启；再将信号输入端(QDreset)、行选输入端(RS)和像素单元输入端(TG)置为低电平，传输管(M2)、行选开关管(M4)和MOS电容(M5)关断，此时，全局硅工艺量子点像素电路开始曝光，并且对量子点光敏电阻流出的电流开始积分；步骤03：像素输入端(RX)、信号输入端(QDreset)、行选输入端(RS)和像素单元输入端(TG)置为低电平，复位开关管(M1)、传输管(M2)、行选开关管(M4)和MOS电容(M5)关断；此时，节点(FD)保持在复位电平；步骤04：像素输入端(RX)、信号输入端(QDreset)和行选输入端(RS)置为低电平，复位开关管(M1)、行选开关管(M4)和MOS电容(M5)关断；将再将像素单元输入端(TG)置为高电平，传输管(M2)开启，此时，信号存储电容复位MOS管上的电荷通过传输管(M2)传递到节点(FD)，节点(FD)被下拉至信号电平；步骤05：将像素输入端(RX)、信号输入端(QDreset)和像素单元输入端(TG)置为低电平，复位开关管(M1)、传输管(M2)和MOS电容(M5)关断；再将行选输入端(RS)置为高电平，行选开关管(M4)开启，此时，对节点(FD)上的信号电平进行采样；步骤06：将像素输入端(RX)、信号输入端(QDreset)、行选输入端(RS)和像素单元输入端(TG)置为低电平，复位开关管(M1)、传输管(M2)、行选开关管(M4)和MOS电容(M5)关断；此时，节点(FD)保持在信号电平；步骤07：将像素输入端(RX)置为高电平，复位开关管(M1)开启；再将信号输入端(QDreset)、行选输入端(RS)和像素单元输入端(TG)置为低电平，传输管(M2)、行选开关管(M4)和MOS电容(M5)关断；此时，对节点(FD)进行复位，将节点(FD)拉至复位电平；步骤08：将像素输入端(RX)和行选输入端(RS)置为高电平，复位开关管(M1)和行选开关管(M4)开启；将信号输入端(QDreset)和像素单元输入端(TG)置为低电平，传输管(M2)和MOS电容(M5)关断；此时，对节点(FD)的复位电平进行采样。优选地，所述步骤02中的曝光为全局曝光，所述步骤02至所述步骤04均在全局曝光中。优选地，所述MOS电容(M5)作为电平复位管。本专利技术的全局硅工艺量子点像素电路、图像传感器及信号采集方法，采用量子点光敏电阻通过调节量子点尺寸即能够使可见光和短波红外的探测，同时，本专利技术的全局硅工艺量子点像素电路中，FD节点和量子点光敏电阻分别采用彼此独立的两个电平复位管，一个是电容MOS管M5，另一个是信号存储电容复位MOS管，来实现全局曝光，并且将每个像素的信号电平存储在电容MOS管M5中，从而实现了对可见光和短波红外的信号转换，提高了该电路的探测灵敏度和灵活性。附图说明图1为本专利技术的一个较佳实施例的全局硅工艺量子点像素电路示意图图2为本专利技术的一个较佳实施例的全局硅工艺量子点像素电路的信号采集时序示意图具体实施方式为使本专利技术的内容更加清楚易懂，以下结合说明书附图，对本专利技术的内容作进一步说明。当然本专利技术并不局限于该具体实施例，本领域内的技术人员所熟知的一般替换也涵盖在本专利技术的保护范围内。以下结合附图1-2和具体实施例对本专利技术作进一步详细说明。需说明的是，附图均采用非常简化的形式、使用非精准的比例，且仅用以方便、清晰地达到辅助说本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种全局硅工艺量子点像素电路，其特征在于，至少包括：量子点光敏电阻、信号存储电容复位MOS管以及信号读取电路单元；信号读取电路单元包括：复位开关管(M1)、传输管(M2)、源跟随器(M3)、行选开关管(M4)和MOS电容(M5)；其中，量子点光敏电阻的一端接参考电平(Vqd)，另一端与复位开关管(M1)的源极相连；信号存储电容复位MOS管的漏极与电源(VDD)相连，信号存储电容复位MOS管的栅极与信号输入端(QDreset)相连，信号存储电容复位MOS管的源极与量子点光敏电阻的所述另一端以及MOS电容(M5)的栅极相连接；复位开关管(M1)的漏极接复位电压(Vreset)，复位开关管(M1)的栅极接像素输入端(RX)，复位开关管(M1)的源极接传输管(M2)的源极于一节点(FD)，传输管(M2)的栅极与像素单元输入端(TG)相连，以及传输管(M2)的漏极与量子点光敏电阻的所述另一端相连；MOS电容(M5)的栅极与传输管(M2)的漏极相连，MOS电容(M5)的源极和漏极与参考电平(Vqd)相连，MOS电容(M5)的体电容接地；源跟随器(M3)的漏极接电源(VDD)，源跟随器(M3)的栅极与节点(FD)相连，源跟随器(M3)的源极与行选开关管(M4)的漏极相连；行选开关管(M4)的栅极与行选输入端(RS)相连，行选开关管(M4)的源极作为整个全局硅工艺量子点像素电路的输出端；其中，曝光时，信号读取电路单元在曝光时间内将量子点光敏电阻流出的电流进行积分得到光生电压，当入射到量子点光敏电阻上的光线的强弱发生改变时导致量子点光敏电阻的阻值发生改变，从而改变流经量子点光敏电阻的电流，并且最终使光生电压的数值发生改变。...

【技术特征摘要】
1.一种全局硅工艺量子点像素电路，其特征在于，至少包括：量子点光敏电阻、信号存储电容复位MOS管以及信号读取电路单元；信号读取电路单元包括：复位开关管(M1)、传输管(M2)、源跟随器(M3)、行选开关管(M4)和MOS电容(M5)；其中，量子点光敏电阻的一端接参考电平(Vqd)，另一端与复位开关管(M1)的源极相连；信号存储电容复位MOS管的漏极与电源(VDD)相连，信号存储电容复位MOS管的栅极与信号输入端(QDreset)相连，信号存储电容复位MOS管的源极与量子点光敏电阻的所述另一端以及MOS电容(M5)的栅极相连接；复位开关管(M1)的漏极接复位电压(Vreset)，复位开关管(M1)的栅极接像素输入端(RX)，复位开关管(M1)的源极接传输管(M2)的源极于一节点(FD)，传输管(M2)的栅极与像素单元输入端(TG)相连，以及传输管(M2)的漏极与量子点光敏电阻的所述另一端相连；MOS电容(M5)的栅极与传输管(M2)的漏极相连，MOS电容(M5)的源极和漏极与参考电平(Vqd)相连，MOS电容(M5)的体电容接地；源跟随器(M3)的漏极接电源(VDD)，源跟随器(M3)的栅极与节点(FD)相连，源跟随器(M3)的源极与行选开关管(M4)的漏极相连；行选开关管(M4)的栅极与行选输入端(RS)相连，行选开关管(M4)的源极作为整个全局硅工艺量子点像素电路的输出端；其中，曝光时，信号读取电路单元在曝光时间内将量子点光敏电阻流出的电流进行积分得到光生电压，当入射到量子点光敏电阻上的光线的强弱发生改变时导致量子点光敏电阻的阻值发生改变，从而改变流经量子点光敏电阻的电流，并且最终使光生电压的数值发生改变。2.根据权利要求1所述的全局硅工艺量子点像素电路，其特征在于，所述MOS电容(M5)作为电平复位管。3.根据权利要求1所述的全局硅工艺量子点像素电路，其特征在于，所述量子点光敏电阻包括可见光敏感量子点和红外光敏感量子点。4.一种图像传感器，其特征在于，采用权利要求1-3任一项所述的全局硅工艺量子点像素电路。5.一种采用权利要求1所述的全局硅工艺量子点像素电路进行信号采集的方法，包括以下步骤：步骤01：将像素输入端(RX)和信号输入端(QDreset)置为高电平，复位开关管(M1)和MOS电容(M5)开启；接着，将行选输入端(RS)和像素单元输入端(TG)置为低电平，传输管(M2)和行选开关管(M4)关断，然后将信号存储电容复位MOS管和量子点光敏电阻复位；步骤...

【专利技术属性】
技术研发人员：任铮，赵宇航，温建新，李琛，
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