图像传感器及图像传感器的像素信号采集方法技术

本发明专利技术提供一种图像传感器及图像传感器的像素信号采集方法，所述图像传感器包括衬底、接触电极和量子点层，所述衬底中设置有读出电路单元，所述读出电路单元包含传输管和溢出电容，所述溢出电容通过一溢出电容选择管连接所述传输管，所述接触电极设置在所述衬底上，所述接触电极连接所述传输管的源极，所述量子点层覆盖所述接触电极设置在所述衬底上。在本发明专利技术提供的图像传感器中，采用量子点材料，所述图像传感器在读出电路中设置了一个溢出电容，并通过溢出电容选择管控制，可完成一次曝光同时输出未饱和图像和饱和图像，经过处理从而得到高动态范围的图像。

Image sensor and image sensor pixel signal collecting method

The invention provides a pixel signal acquisition method of image sensor and image sensor, the image sensor includes a substrate, a contact electrode and the quantum dot layer, the substrate is arranged in the readout circuit unit, the readout circuit unit comprises a transmission tube and overflow capacitor, the capacitor is connected with the overflow pipe through the transmission pipe an overflow capacitor, the contact electrodes arranged on the substrate, the contact electrode is connected with the transmission tube source, the quantum dot layer covering the contact electrodes arranged on the substrate. The image sensor provided by the invention, the quantum dots, the image sensor is a capacitance overflow in the readout circuitry, and through the overflow pipe capacitor control, can be completed in a single exposure while the output of unsaturated and saturated image after image processing from the image and get the high dynamic range.

【技术实现步骤摘要】
图像传感器及图像传感器的像素信号采集方法
本专利技术涉及半导体制造领域，特别涉及图像传感器及图像传感器的像素信号采集方法。
技术介绍
图像传感器是把光学图像信息转化成电信号的器件，传统的固态图像传感器可包括CCD(电荷耦合装置)图像传感器和CMOS(互补金属氧化物半导体)图像传感器两大类。其中CMOS图像传感器由于在像素阵列中采用了有源像素传感器，且采用CMOS集成电路工艺制程，可将像素阵列光敏结构和其他CMOS模拟、数字电路集成到同一块芯片上。高度集成不但减少整机芯片数量，降低整机功耗和封装成本，而且芯片内部直接信号连接还有利于信号传输的质量和速度，从而提高图像转换的质量。因此，CMOS图像传感器是市场上的主流技术。目前，新兴的图像传感器采用量子点(quantumdot)材料制成，其探测波长随量子点大小可调，同时具有较高的响应度，如现有技术中的图像传感器，通过接触电极收集量子点的电荷信息，从而获得图像信息。相比传统CMOS图像传感器，量子点图像传感器具有灵敏度高，串扰小，填充率高，快门速度快等优势。在图像传感器中的一个重要指标是动态范围，动态范围小则感光范围小，在高光强是容易过曝光，通常传感器的光电响应度灵敏度越高，则低光成像越好，但高光强越容易过曝光。因此，图像传感器的动态范围不足是本领域技术人员需要解决的一个技术问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种图像传感器及其制作方法，以解决现有技术中图像传感器的动态范围不足问题。为解决上述技术问题，本专利技术提供一种图像传感器，包括衬底、接触电极和量子点层，所述衬底中设置有读出电路单元，所述读出电路单元包含传输管和溢出电容，所述溢出电容通过一溢出电容选择管连接所述传输管，所述溢出电容选择管的漏极连接所述传输管的漏极，所述溢出电容选择管的源极连接所述溢出电容，所述溢出电容选择管的栅极连接电容选择信号，所述传输管的栅极连接传输信号，所述接触电极设置在所述衬底上，所述接触电极连接所述传输管的源极，所述量子点层覆盖所述接触电极设置在所述衬底上。可选的，在所述图像传感器中，所述传输管的源极连接一节点电容，所述传输管的漏极连接一悬浮电容。可选的，在所述图像传感器中，所述读出电路单元还包含复位管和行选择管，所述复位管的漏极连接重置电压源，所述复位管的源极连接所述传输管的漏极，所述复位管的栅极连接重置信号，所述行选择管的源极连接信号输出端，所述行选择管的漏极连接所述传输管的漏极，所述行选择管的栅极连接行选择信号。可选的，在所述图像传感器中，所述行选择器的漏极通过一源随器连接所述传输管的漏极，所述源随器的漏极连接一源随电压源，所述源随器的源极连接行选择管的漏极，所述源随器的栅极连接所述传输管的漏极。可选的，在所述图像传感器中，所述量子点层上设置有上电极，所述上电极的材料包括氧化铟锡、氟化氧化锡或铝氧化锌，所述上电极的厚度为50nm～500nm。可选的，在所述图像传感器中，所述上电极上设置有钝化层，所述钝化层，所述钝化层的材料包括二氧化硅或氮化硅，所述钝化层上设置有滤光片和透镜。可选的，在所述图像传感器中，所述量子点层的材料包括CdS、CdSe、PdS、CuInS或InP中一种及其组合，所述量子点层中量子点的半径为2nm～10nm，所述量子点之间的间距小于等于0.5nm。可选的，在所述图像传感器中，所述接触电极的材料包括功函数大于4.8eV的高功函数材料和功函数小于4.4eV的低功函数材料，所述高功函数材料包括金、钨、铜、氧化铟锡、氟化氧化锡或氮化钛中一种及其组合，所述低功函数材料包括铝、镁或氮化钽中一种及其组合，所述接触电极的厚度为20nm～500nm。本专利技术还包括一种图像传感器的像素信号采集方法，所述图像传感器采用上述图像传感器，所述图像传感器的像素信号采集方法包括：关闭复位管、行选择管和传输管，打开溢出电容选择管，使溢出电容与悬浮电容相连；打开传输管，使节点电容、悬浮电容及溢出电容相连，再打开复位管，将节点电容、悬浮电容和溢出电容都充满电荷，然后关闭复位管和传输管；打开行选择管，读出第二噪声，然后关闭行选择管；曝光，节点电容中电荷通过接触电极在量子点层流失；将溢出电容选择管关闭后，打开复位管，将悬浮电容充满电荷，再关闭复位管；打开行选择管，读出第一噪声；打开传输管，使节点电容的电荷与悬浮电容的电荷中合后，再关闭传输管，读出第一采样信号；打开溢出电容选择管，使溢出电容的电荷与悬浮电容的电荷中合后，读出第二采样信号。本专利技术还包括另一种图像传感器的像素信号采集方法，所述图像传感器采用上述图像传感器，所述图像传感器的像素信号采集方法包括：关闭复位管、行选择管和传输管，打开溢出电容选择管，使溢出电容与悬浮电容相连；打开传输管，使节点电容、悬浮电容及溢出电容相连，再打开复位管，将节点电容、悬浮电容和溢出电容都充满电荷，然后关闭复位管；打开行选择管，读出第二噪声，然后关闭行选择管；曝光，节点电容中电荷通过接触电极在量子点层流失；将传输管和溢出电容选择管关闭后，打开复位管，将悬浮电容充满电荷，再关闭复位管；打开行选择管，读出第一噪声；打开传输管，使节点电容的电荷与悬浮电容的电荷中合后，再关闭传输管，读出第一采样信号；打开传输管和溢出电容选择管，使节点电容的电荷、悬浮电容的电荷及溢出电容的电荷中合后，读出第二采样信号。综上所述，在本专利技术提供的图像传感器及图像传感器的像素信号采集方法中，所述图像传感器采用量子点材料，所述图像传感器在读出电路中设置了一个溢出电容，并通过溢出电容选择管控制，可完成一次曝光同时输出未饱和图像和饱和图像，经过处理从而得到高动态范围的图像。附图说明图1是本专利技术实施例的图像传感器的剖示图；图2是本专利技术实施例的图像传感器的电路连接示意图；图3是本专利技术实施例的图像传感器的像素信号采集方法的时序示意图；图4是本专利技术实施例的另一图像传感器的像素信号采集方法的时序示意图；图5为本专利技术实施例的图像传感器的芯片系统架构示意图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、特征和优点能够更加明显易懂，请参阅附图。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本专利技术可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本专利技术所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本专利技术所揭示的
技术实现思路
得能涵盖的范围内。如图1所示，本专利技术提供一种图像传感器，包括衬底10、接触电极20和量子点层30，所述衬底10中设置有读出电路单元100，所述读出电路单元100包含传输管110和溢出电容120，所述溢出电容120通过一溢出电容选择管130连接所述传输管110，所述溢出电容选择管130的漏极接所述传输管110的漏极，所述溢出电容选择管130的源极连接所述溢出电容120，所述溢出电容选择管130的栅极连接电容选择信号，所述传输管110的栅极连接传输信号，所述接触电极20设置在所述衬底10上，所述接触电极20连接所述传输管110的源极，所述量子点层30覆盖所述接触电极20设置在所述衬底10上。如图2所示，本专利技术提供的图像传感器的电路示意图，在本实施例中，所述传输管T4(TG)的源极连接一节点电本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种图像传感器，其特征在于，所述图像传感器包括：衬底，所述衬底中设置有读出电路单元，所述读出电路单元包含传输管和溢出电容，所述溢出电容通过一溢出电容选择管连接所述传输管，所述溢出电容选择管的漏极连接所述传输管的漏极，所述溢出电容选择管的源极连接所述溢出电容，所述溢出电容选择管的栅极连接电容选择信号，所述传输管的栅极连接传输信号；接触电极，所述接触电极设置在所述衬底上，所述接触电极连接所述传输管的源极；量子点层，所述量子点层覆盖所述接触电极设置在所述衬底上。

【技术特征摘要】
1.一种图像传感器，其特征在于，所述图像传感器包括：衬底，所述衬底中设置有读出电路单元，所述读出电路单元包含传输管和溢出电容，所述溢出电容通过一溢出电容选择管连接所述传输管，所述溢出电容选择管的漏极连接所述传输管的漏极，所述溢出电容选择管的源极连接所述溢出电容，所述溢出电容选择管的栅极连接电容选择信号，所述传输管的栅极连接传输信号；接触电极，所述接触电极设置在所述衬底上，所述接触电极连接所述传输管的源极；量子点层，所述量子点层覆盖所述接触电极设置在所述衬底上。2.根据权利要求1所述的图像传感器，其特征在于，所述传输管的源极连接一节点电容，所述传输管的漏极连接一悬浮电容。3.根据权利要求1所述的图像传感器，其特征在于，所述读出电路单元还包含复位管和行选择管，所述复位管的漏极连接重置电压源，所述复位管的源极连接所述传输管的漏极，所述复位管的栅极连接重置信号，所述行选择管的源极连接信号输出端，所述行选择管的漏极连接所述传输管的漏极，所述行选择管的栅极连接行选择信号。4.根据权利要求3所述的图像传感器，其特征在于，所述行选择管的漏极通过一源随器连接所述传输管的漏极，所述源随器的漏极连接一源随电压源，所述源随器的源极连接行选择管的漏极，所述源随器的栅极连接所述传输管的漏极。5.根据权利要求1至4中任意一项所述的图像传感器，其特征在于，所述量子点层上设置有上电极，所述上电极的材料包括氧化铟锡、氟化氧化锡或铝氧化锌，所述上电极的厚度为50nm～500nm。6.根据权利要求5所述的图像传感器，其特征在于，所述上电极上设置有钝化层，所述钝化层的材料包括二氧化硅或氮化硅，所述钝化层上设置有滤光片和透镜。7.根据权利要求1至4中任意一项所述的图像传感器，其特征在于，所述量子点层的材料包括CdS、CdSe、PdS、CuInS或InP中一种及其组合，所述量子点层中量子点的半径为2nm～10nm，所述量子点之间的间距小于等于0.5nm。8.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：耿阳，胡少坚，陈寿面，
申请(专利权)人：上海集成电路研发中心有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31