降噪讯电容式影像传感器及其操作方法技术

本发明专利技术揭露一种降噪讯电容式影像传感器及其操作方法。该电容式影像传感器包含一半导体基板、至少一驱动源及形成于该半导体基板上的一阵列的电容式感测单元，其特征在于每个所述电容式感测单元包含：一保护层，供该手指触碰；一感测电极，设于该保护层下方；一电压跟随器，其中该电压跟随器的一输入节点连接到该感测电极；一比较电容器，其中该比较电容器的一节点电连接到该电压跟随器，该比较电容器的另一节点电连接到该驱动源；及一偏压源电路，用以提供不同偏压至该感测电极。

【技术实现步骤摘要】
降噪讯电容式影像传感器及其操作方法
本专利技术提供一种电容式影像传感器与操作该电容式影像传感器的方法，特别是提供关于一种具有降噪讯特点的电容式影像传感器与操作该电容式影像传感器的方法。
技术介绍
许多人类生物特征，诸如指纹、视网膜、虹膜、DNA，甚至脸部特征，用于提供人员识别。对于能够区分人的某些生物特征的所有设备中，指纹辨识器具有较低的成本和复杂性，而且其具有良好的识别结果。此外，存储一个指纹细节所需的数据大小很小(由120位元到2K位元)，这使得指纹辨识设备广泛用于许多应用中。对于指纹撷取感测技术来说，也存有许多种的形式，最流行的是光学式和电容式感测技术。光学式指纹感测模组利用来自手指表面的反射光强度来探知手指接触部位的脊部与谷部的位置。光学式技术的优点是具有较好的可靠性和较低的成本。然而，由于嵌入式光学透镜的尺寸，光学式指纹感测模组的形状因数不能维持在较小的范围，光学式传感器难以嵌入可携式设备中。在另一方面，电容式指纹辨识模组由硅晶片制成，可以制做的非常轻小。在某些例子中，当一个指纹影像可以通过滑动扫描而取得，该指纹传感器就可以做的更薄更小。电容式指纹辨识模组的小形状因数使得它适合可携式应用，比如存取控制臂章、银行卡、手机、平板电脑、USB接收器等。电容式指纹传感器工作是基于两个平行导电板的电容与它们之间的距离成反比的原理。一电容式指纹传感器包含一阵列的感测单元，每一感测单元包含一感测板。通过用该感测板作为二平板式电容器的其中一板，而手指表皮作为另一板，指纹的脊部与谷部能由量测不同的电容而定位。有许多关于电容式指纹辨识模组的前案，其中多数应用于制造指纹传感器。然而，还有许多问题存在需要解决方案，其中之一是传感元件的精度。由于高密度的性质，流行的电容式指纹传感器主要是用半导体工艺制造。美国专利第7,864,992号揭露一种电容式指纹感测装置。该专利技术提供了围绕传感器阵列的导电驱动结构，并测量传感器阵列中感测结构的电荷的变化而使驱动信号被注入到手指中。虽然美国专利第7,864,992号的提供的电容式指纹感测装置具有良好的指纹影像品质及传感器保护的的组合方案，然而在某些应用中，更希望能够在不使用独立的导电驱动结构的情况下获得高品质的指纹影像。因此，需要一种创新的像素感测元件、一种由该像素感测元件制成的电容式指纹感测器和用于运行像素感测元件的方法。
技术实现思路
本段文字提取和编译本专利技术的某些特点。其它特点将被揭露于后续段落中。其目的在涵盖附加的申请专利范围之精神和范围中，各式的修改和类似的排列。为了解决上述问题，本专利技术提出一种电容式影像传感器。该电容式影像传感器用于感测一手指的指纹图像，包含一半导体基板、至少一驱动源及形成于该半导体基板上的一阵列的电容式感测单元，其特征在于每个所述电容式感测单元包含：一保护层，供该手指触碰；一感测电极，设于该保护层下方；一电压跟随器，其中该电压跟随器的一输入节点连接到该感测电极；一比较电容器，其中该比较电容器的一节点电连接到该电压跟随器，该比较电容器的另一节点电连接到该驱动源；及一偏压源电路，用以提供不同偏压至该感测电极。该比较电容器、一部分的偏压源电路，与该电压跟随器形成于一隔离井中。该隔离井的配置使电流能免于流过该隔离井与周围结构的介面。该驱动源连接到该隔离井的一块体节点，以便该隔离井的井电位与该驱动源的输出电位相同；一正及╱或负波形引起该驱动源的输出电位改变。优选地，该电容式影像传感器可进一步包含至少一取样保存电路，用以保存在对应的正波形与负波形下的至少一第一输出电位与一第二输出电位，其中该电压跟随器的输出节点连接到该取样保存电路。该电容式影像传感器可进一步包含至少一信号调适电路；该信号调适电路包含一类比数位转换器，用以转换来自该差分放大器的输出电位为一数位化数值。该比较电容器可包含一参考电容器与一寄生电容。依照本专利技术，该参考电容器可为金属氧化半导体场效电晶体(Metal-Oxide-SemiconductorField-EffectTransistor，MOSFET)电容器、多晶硅-介电层-多晶硅(Polysilicon-Insulator-Polysilicon，PIP)电容器或金属-介电层-金属(Metal-Insulator-Metal，MIM)电容器。该电容式影像传感器可进一步包含一控制与输出输入电路，用以处理该电容式影像传感器的时序与数据输入/输出。该取样保存电路可进一步包含：二电荷储存电容器，用以保存由该电压跟随器发送的输出电位；及至少一选取开关，用以于该些电荷储存电容器间进行切换。本专利技术亦揭露一种用以操作该电容式影像传感器的方法。该方法包含步骤：在一重设阶段，重设该电容式感测单元以能进行感测；及在一感测阶段，当该驱动源提供一输入波形到该隔离井时，读取一量测结果。本专利技术又揭露另一种用以操作该电容式影像传感器的方法。该方法包含步骤：在一第一重设阶段，重设该电容式感测单元以能进行感测；在一第一感测阶段，当该驱动源提供一第一波形到该隔离井时，读取一第一量测结果；在一第二重设阶段，重设该电容式感测单元以能进行感测；在一第二感测阶段，当该驱动源提供一第二波形到该隔离井时，读取一第二量测结果；及给定一输出电位，该输出电位与第一及第二量测结果间差量成正比，其中如果该第一波形为正波形，该第二波形为负波形；如果该第一波形为负波形，该第二波形为正波形。附图说明图1为本专利技术实施例提供的一种电容式影像传感器的示意图；图2为本专利技术实施例提供的沿图1A-A’线电容式影像传感器的一部分的示意截面图；图3为本专利技术实施例提供的一第一实施例中电容式影像传感器(一像素)的等效电路；图4a为本专利技术实施例提供的NMOS晶体管的两个隔离井之物理结构的透视图；图4b为本专利技术实施例提供的该些隔离井的侧视图；图5为本专利技术实施例提供的该电容式影像传感器的典型实施的示意图；图6为本专利技术实施例提供的另一种架构，以及差分放大器与取样保存电路之间连接的架构；图7为本专利技术实施例提供的说明第一实施例的电容式影像传感器中电容式感测单元的操作的步骤流程图；图8为本专利技术实施例提供的一第二实施例中电容式影像传感器(一像素)的等效电路；图9为本专利技术实施例提供的说明第二实施例的电容式影像传感器中电容式感测单元的操作的步骤流程图。主要元件符号说明10电容式影像传感器12半导体基板13保护层14主动半导体电路15绝缘层30接触垫40接触垫100电容式感测单元110感测电极120第一偏压开关130第二偏压开关140电压跟随器150井接点160驱动源170比较电容器180隔离井181P型植入区182源极183汲极184闸极节点185N型植入区186深N型植入区187隔离层188块体接点189薄型隔离层190偏压源电路200取样保存电路210第一取样开关220第一电荷保存电容器230第二取样开关240第二电荷保存电容器250a取样保存电路250b取样保存电路260a电压跟随器260b电压跟随器270a电压跟随器270b电压跟随器280a行选择开关280b行选择开关290a行选择开关290b行选择开关300信号调适电路310差分放大器311第一输入节点312第二输入节点320类比数位转换器330列选择开关340行选择开关400控制本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电容式影像传感器，用于感测一手指的指纹图像，包含一半导体基板、至少一驱动源及形成于该半导体基板上的一阵列的电容式感测单元，其特征在于，每个所述电容式感测单元包括：一保护层，供该手指触碰；一感测电极，设于该保护层下方；一电压跟随器，其中该电压跟随器的一输入节点连接到该感测电极；一比较电容器，其中该比较电容器的一节点电连接到该电压跟随器，该比较电容器的另一节点电连接到该驱动源；及一偏压源电路，用以提供不同偏压至该感测电极，其中该比较电容器、一部分的偏压源电路，与该电压跟随器形成于一隔离井中；该隔离井的配置使电流无法通过该隔离井与周围结构之间的介面；该驱动源连接到该隔离井的一块体节点，以便该隔离井的井电位与该驱动源的输出电位相同；一正波形及╱或负波形引起该驱动源的输出电位改变。

【技术特征摘要】
1.一种电容式影像传感器，用于感测一手指的指纹图像，包含一半导体基板、至少一驱动源及形成于该半导体基板上的一阵列的电容式感测单元，其特征在于，每个所述电容式感测单元包括：一保护层，供该手指触碰；一感测电极，设于该保护层下方；一电压跟随器，其中该电压跟随器的一输入节点连接到该感测电极；一比较电容器，其中该比较电容器的一节点电连接到该电压跟随器，该比较电容器的另一节点电连接到该驱动源；及一偏压源电路，用以提供不同偏压至该感测电极，其中该比较电容器、一部分的偏压源电路，与该电压跟随器形成于一隔离井中；该隔离井的配置使电流无法通过该隔离井与周围结构之间的介面；该驱动源连接到该隔离井的一块体节点，以便该隔离井的井电位与该驱动源的输出电位相同；一正波形及╱或负波形引起该驱动源的输出电位改变。2.如权利要求1所述的电容式影像传感器，其特征在于，该电容式影像传感器进一步包含至少一取样保存电路，用以保存在对应的正波形与负波形下的至少一第一输出电位与一第二输出电位，其中该电压跟随器的输出节点连接到该取样保存电路。3.如权利要求1所述的电容式影像传感器，其特征在于，该电容式影像传感器进一步包含至少一信号调适电路；该信号调适电路包含一类比数位转换器，用以转换来自差分放大器的输出电位为一数位化数值。4.如权利要求1所述的电容式影像传感器，其特征在于，该比较电容器包含一参考电容器与一寄生...

【专利技术属性】
技术研发人员：林继周，和正平，
申请(专利权)人：旭景科技有限公司，
类型：发明
国别省市：中国香港,81