图像传感器的单位像素及其受光元件制造技术

本发明专利技术公开一种灵敏度可调的受光元件及使用该受光元件的图像传感器的单位像素。所述受光元件包括：吸收光的受光部；通过氧化膜与所述受光部分离的源极和漏极；形成于所述源极与漏极之间并在所述源极与漏极之间产生电流流动的通道；及向所述受光部施加电压的灵敏度调整终端，所述受光部被掺杂第1类杂质，所述源极和漏极被掺杂第2类杂质，通过由入射到所述受光部的光而激发的电子隧穿到所述源极或漏极而产生的所述受光部的电荷量变化来控制所述通道中的电流流动，并且控制通过所述灵敏度调整终端所施加的电压，以调整所述通道的阈值电压。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】图像传感器的单位像素及其受光元件
本专利技术涉及一种图像传感器的单位像素及单位像素的受光元件，尤其涉及一种能够调整施加到用作受光部的栅极的电压来调整受光部的光检测灵敏度的图像传感器的单位像素及单位像素的受光元件。
技术介绍
图像传感器为将光学信号转换成电子图像信号的传感器。具有如下效果：向存在于图像传感器的单位像素内的受光部照射光时，检测入射到各单位像素的光及其量而将光信号转换为电信号之后，向用于形成影像的模拟及数字电路部传递电信号。向图像传感器的单位像素的受光部入射光时，在入射的一个光子中产生一个电子-空穴对(EHP，electron-holepair)，所产生的电子及空穴累积在作为受光部的光电二极管中。光电二极管的最大累积电容与光电二极管的受光面积成比例。尤其，在CMOS图像传感器的情况下，配置有附属的晶体管的区域与CCD图像传感器相比相对较宽，因此增加受光面积具有物理限制。并且，主要使用于图像传感器的受光部的光电二极管其静电容量相对较少，在少量的光量中易饱和，因此难以将信号进行模拟性细分化。因此，CMOS图像传感器的单位像素需要相对较长的光电荷累积时间，以便产生用于通过有限的受光区域进行信号处理的最小限的电荷。因此，难以使用具有这种受光部的单位像素来制作高密度/高速帧的图像传感器。为了克服这种以往的图像传感器的限制，在2011年9月2日，通过本案申请人申请的美国专利公告号US8569806B2的“UNITPIXELOFIMAGESENSORANDPHOTODETECTORTHEREOF”中，公开有利用从浮动的栅极到源极或漏极电极的电荷的隧穿来调整通道的阈值电压的图像传感器的单位像素。本申请说明书通过参考上述US8569806B2的说明书中公开的技术将其引入。然而，上述US8569806B2的受光元件通过在初期制作工序中掺杂在浮动栅极与元件分离用阱的离子的浓度和极性来确定用于光电转换的阈值电压，因此图像传感器的灵敏度值也通过制作工序中所掺杂的离子的浓度和极性来确定。结果，上述US8569806B2的单位像素的光电流的大小、暗电流的大小及灵敏度值主要通过在制作工序中预先规定的浮动栅极的掺杂浓度而确定，因此存在要求多次反复制作过程直到满足符合所所需的规格的最佳阈值电压条件的问题。
技术实现思路
专利技术要解决的问题本专利技术是为了解决上述以往的问题而提出的，其目的在于提供一种对由受光部操作的栅极施加电压，以通过调整通道的阈值电压来控制受光元件的光灵敏度特性的图像传感器的单位像素。并且，本专利技术的目的在于提供一种能够执行与自动曝光(AutoExposure)及电子快门(ElectricShutter)相同的功能的图像传感器的单位像素。解决问题的技术方案为了实现上述目的，基于本专利技术的一个方面的灵敏度调整受光元件包括：吸收光的受光部；通过氧化膜与所述受光部分离的源极和漏极；形成于所述源极与漏极之间并在所述源极与漏极之间产生电流流动的通道；及向所述受光部施加电压的灵敏度调整终端，所述受光部被掺杂第1类杂质，所述源极和漏极被掺杂第2类杂质，通过由入射到所述受光部的光激发的电子隧穿到所述源极或漏极而引起的所述受光部的电荷量变化来控制所述通道中的电流流动，控制通过所述灵敏度调整终端所施加的电压，并调整所述通道的阈值电压。其中，所述受光元件的特征在于，通过调整由所述灵敏度调整终端所施加的电压，以调整所述通道的費米能级与本征能级的间距来调整所述阈值电压。其中，所述源极和漏极形成于被掺杂有第1类杂质的阱上，所述阱可以为浮动状态。其中，所述灵敏度调整终端能够调整施加到所述受光部的电压的大小来调整所述受光部的灵敏度。其中，所述隧穿能够在所述源极和漏极中的任意一个与所述受光部之间的氧化膜区域内产生。其中，所述灵敏度调整终端能够将设定电压以上的电压施加到所述受光部来使所述受光部复位。并且，基于本专利技术的另一实施例的图像传感器的单位像素包括：利用由入射光而引起的电荷量的变化来产生电流流动的受光元件；及将在所述受光元件中产生的电流输出到单位像素输出端的选择元件，所述受光元件包括：吸收光的受光部；通过氧化膜与所述受光部分离的源极和漏极；形成于所述源极及漏极之间并在所述源极与漏极之间产生电流流动的通道；及向所述受光部施加电压的灵敏度调整终端，所述受光元件根据由入射到所述受光部的光激发的电子隧穿到所述源极或漏极而引起的所述受光部的电荷量的变化来控制所述通道的电流流动，并调整通过所述灵敏度调整终端所施加的电压来调整所述通道的阈值电压。其中，所述选择元件包括：分别连接于所述受光元件和单位像素输出端的漏极和源极；及从外部施加选择信号的栅极，根据所述施加的选择信号执行切换操作。其中，所述受光元件调整通过所述灵敏度调整终端所施加的电压，以通过调整所述通道的費米能级与本征能级的间距来调整阈值电压。其中，所述受光元件的源极和所述选择元件的漏极能够形成于同一有源区域上。其中，所述受光元件根据入射光量调整施加到所述灵敏度调整终端的电压，能够抑制因光电流量的急剧增加引起的影像饱和。并且，基于本专利技术的另一实施例的图像传感器的单位像素包括：利用由入射光引起的的电荷量的变化来产生电流流动的受光元件；将在所述受光元件中产生的电流输出到单位像素输出端的选择元件；及去除在所述受光元件中残留的电荷的复位元件，所述受光元件包括：吸收光的受光部；通过氧化膜与所述受光部分离的源极和漏极；形成于所述源极及漏极之间并在所述源极与漏极之间产生电流流动的通道及向所述受光部施加电压的灵敏度调整终端，所述受光元件根据由入射到所述受光部的光激发的电子隧穿到所述源极或漏极而引起的所述受光部的电荷量的变化来控制所述通道中的电流流动，所述受光元件调整通过所述灵敏度调整终端施加的电压来调整所述通道的阈值电压。其中，所述复位元件能够去除形成有所述受光元件的扩散阱内的残留电荷。其中，所述扩散阱能够在所述受光元件的操作期间维持浮动状态。其中，所述受光元件通过所述灵敏度调整终端施加设定电压以上的电压，以通过提高所述通道的阈值电压来使所述单位像素复位。其中，所述受光元件调整通过所述灵敏度调整终端所施加的电压，以通过调整所述通道的費米能级与本征能级的间距来调整阈值电压。通过参考结合附图而详细后述的实施例，可以更容易地理解用于实现上述目的的具体细节。专利技术的效果根据本专利技术的实施例，通过施加外部电场来调整图像传感器的受光元件的阈值电压，而不是通过基于离子注入的掺杂浓度来调整图像传感器的受光元件的阈值电压，由此能够得到最佳光响应特性。并且，调整施加电压，以调整电路中的受光元件的灵敏度特性，并且能够减少相对于受光元件的光灵敏度等元件特性值的工序依存性。并且，能够实现具有与光电二极管相比高得多的相同光量的高灵敏度特性的受光元件，由此能够制造在低照度环境中也可进行高速动画拍摄的图像传感器。并且，可以调整施加电压以根据入射光量调整光电流的大小，由此能够对各单位像素进行在现有的模拟电路上分别执行的自动曝光调整功能。并且，能够通过将复位电压施加到用于调整灵敏度值的栅极来使各像素复位，即使不使用单独的晶体管，也能够实现电子快门功能。附图说明图1是基于本专利技术的一实施例的受光元件的斜视图。图2是用于说明图1的受光元件的工作原理的剖视图。图3是本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种灵敏度调整受光元件，其特征在于，包括：吸收光的受光部；通过氧化膜与所述受光部分离的源极和漏极；形成于所述源极与漏极之间并在所述源极与漏极之间产生电流流动的通道；及向所述受光部施加电压的灵敏度调整终端,所述受光部被掺杂第1类杂质，所述源极和漏极被掺杂第2类杂质，通过由入射到所述受光部的光激发的电子隧穿到所述源极或漏极而产生的所述受光部的电荷量变化来控制所述通道的电流流动，并且控制通过所述灵敏度调整终端所施加的电压，以调整所述通道的阈值电压。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.07.09 US 14/327,5491.一种灵敏度调整受光元件，其特征在于，包括：吸收光的受光部；通过氧化膜与所述受光部分离的源极和漏极；形成于所述源极与漏极之间并在所述源极与漏极之间产生电流流动的通道；及向所述受光部施加电压的灵敏度调整终端,所述受光部被掺杂第1类杂质，所述源极和漏极被掺杂第2类杂质，通过由入射到所述受光部的光激发的电子隧穿到所述源极或漏极而产生的所述受光部的电荷量变化来控制所述通道的电流流动，并且控制通过所述灵敏度调整终端所施加的电压，以调整所述通道的阈值电压。2.根据权利要求1所述的灵敏度调整受光元件，其特征在于，通过调整由所述灵敏度调整终端所施加的电压来调整所述通道的費米能级与本征能级的间隔，从而调整所述阈值电压。3.根据权利要求1所述的灵敏度调整受光元件，其特征在于，所述源极和漏极形成于被掺杂有第1类杂质的阱上，所述阱为浮动状态。4.根据权利要求1所述的灵敏度调整受光元件，其中，所述灵敏度调整终端调整施加到所述受光部的电压的大小来调整所述受光部的灵敏度。5.根据权利要求1所述的灵敏度调整受光元件，其中，所述隧穿在所述源极和漏极中的任意一个与所述受光部之间的氧化膜区域中产生。6.根据权利要求1所述的灵敏度调整受光元件，其中，所述灵敏度调整终端向所述受光部施加设定电压以上的电压以使所述受光部复位。7.一种图像传感器的单位像素，其中，包括：受光元件，利用由入射光引起的电荷量的变化而产生电流流动；及选择元件，将在所述受光元件中产生的电流输出到单位像素输出端，所述受光元件包括：吸收光的受光部；通过氧化膜与所述受光部分离的源极和漏极；形成于所述源极和漏极之间并在所述源极与漏极之间产生电流流动的通道；及向所述受光部施加电压的灵敏度调整终端，所述受光元件是根据由入射到所述受光部的光激发的电子隧穿到所述源极或漏极而引起的所述受光部的电荷量的变化，控制所述通道中的电流流动，并且所述受光元件调整通过所述灵敏度调整终端所施加的电压来调整所述通道的阈值电压。8.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：金勋，
申请(专利权)人：金勋，
类型：发明
国别省市：新加坡,SG