图像传感器像素电路及其工作方法技术

一种图像传感器像素电路及其工作方法，电路包括：主光电二极管；附光电二极管；第一传输晶体管，第一传输晶体管的源级和漏极分别对应连接第一正向连接端连接和第一浮空扩散点；第二传输晶体管，第二传输晶体管的源级连接附光电二极管，第二传输晶体管的漏极连接第一浮空扩散点或第二浮空扩散点；附加晶体管，附加晶体管的源极和漏极分别对应连接第一浮空扩散点和第二浮空扩散点；第一复位晶体管，第一复位晶体管的漏极和源级分别对应连接第一电源线和第二浮空扩散点；第二复位晶体管，第二复位晶体管的源级和漏极分别对应连接第一正向连接端和第二电源线；连接第二浮空扩散点的电容；列读出线。所述图像传感器像素电路的性能提高。

Pixel Circuit of Image Sensor and Its Working Method

An image sensor pixel circuit and its working method include: main photodiode; attached photodiode; first transfer transistor, source level and drain pole of the first transfer transistor are respectively connected to the first forward connection end and the first floating diffusion point; second transfer transistor, source level of the second transfer transistor is connected to attached photodiode and second transfer transistor. The drain of the first reset transistor is connected to the first floating diffusion point or the second floating diffusion point; the source and drain of the additional transistor are connected to the first floating diffusion point and the second floating diffusion point respectively; the drain and source of the first reset transistor are connected to the first power line and the second floating diffusion point respectively; the second reset transistor is connected to the second reset transistor. The source stage and drain pole of the system are respectively connected to the first forward connection end and the second power supply line; the capacitance of the second floating diffusion point; and the column readout line. The performance of the pixel circuit of the image sensor is improved.

【技术实现步骤摘要】
图像传感器像素电路及其工作方法
本专利技术涉及半导体制造领域，尤其涉及一种图像传感器像素电路及其工作方法。
技术介绍
图像传感器是一种将光信号转化为电信号的半导体器件。图像传感器分为互补金属氧化物(CMOS)图像传感器和电荷耦合器件(CCD)图像传感器。其中CMOS图像传感器具有工艺简单、易于其它器件集成、体积小、重量轻、功耗小和成本低等优点。因此，随着图像传感技术的发展，CMOS图像传感器越来越多地取代CCD图像传感器应用于各类电子产品中。目前，CMOS图像传感器已经广泛应用于静态数码相机、数码摄像机、医疗用摄像装置和车用摄像装置等。然而，现有的图像传感器的性能有待提高。
技术实现思路
本专利技术解决的问题是提供一种图像传感器像素电路及其工作方法，以提高图像传感器像素电路的性能。为解决上述问题，本专利技术提供一种图像传感器像素电路，包括：主光电二极管，所述主光电二极管具有第一正向连接端；附光电二极管；第一传输晶体管，第一传输晶体管的源级与第一正向连接端连接，第一传输晶体管的漏极连接第一浮空扩散点；第二传输晶体管，第二传输晶体管的源级与所述附光电二极管连接，第二传输晶体管的漏极连接第一浮空扩散点或第二浮空扩散点；附加晶体管，所述附加晶体管的源极连接第一浮空扩散点，所述附加晶体管的漏极连接第二浮空扩散点；第一复位晶体管，第一复位晶体管的漏极与第一电源线连接，第一复位晶体管的源级连接第二浮空扩散点；第二复位晶体管，第二复位晶体管的源级与第一正向连接端连接，第二复位晶体管的漏极与第二电源线连接；电容，所述电容与第二浮空扩散点连接；列读出线，所述列读出线适于读出第一浮空扩散点的电位信息。可选的，所述主光电二极管的感光面积大于所述附光电二极管的感光面积。可选的，所述附光电二极管的感光面积为所述主光电二极管的感光面积的5％～20％。可选的，还包括：源跟随晶体管，所述源跟随晶体管的栅极与第一浮空扩散点连接，所述源跟随晶体管的漏极与第一电源线连接；选择晶体管，所述选择晶体管的漏极与所述源跟随晶体管的源极连接，所述选择晶体管的源极与所述列读出线连接。可选的，第二电源线的电位与第一电源线的电位相同；或者，第二电源线的电位与第一电源线的电位不同。可选的，所述电容具有相对的第一端和第二端，第一端与第二浮空扩散点连接，第二端接地。可选的，所述主光电二极管还具有第一反向连接端，第一反向连接端接地；所述附光电二极管具有第二正向连接端和第二反向连接端，第二正向连接端连接第二传输晶体管的源级，第二反向连接端接地。本专利技术还提供一种图像传感器像素电路的工作方法，包括：提供上述任意一项的图像传感器像素电路；进行主曝光时序步骤，在主曝光时序步骤中，第一复位晶体管、第二复位晶体管、第一传输晶体管和第二传输晶体管均处于断开状态，所述附加晶体管处于导通状态；进行主曝光时序步骤后，进行主读出时序步骤，在主读出时序步骤中，第二复位晶体管和第二传输晶体管均处于断开状态，主读出时序步骤包括：在附加晶体管处于断开状态下，导通所述第一传输晶体管，使主光电二极管中的电荷对第一浮空扩散点进行第一充电；进行第一充电后，在附加晶体管处于断开状态下，所述列读出线对第一浮空扩散点的电位信息进行第一信号数据采集；进行第一信号数据采集后，在附加晶体管处于导通状态下，导通第一传输晶体管，使主光电二极管中的电荷对第一浮空扩散点和第二浮空扩散点进行第二充电；进行第二充电后，在附加晶体管处于导通状态下，所述列读出线对第一浮空扩散点的电位信息进行第二信号数据采集；进行主读出时序步骤后，进行扩展曝光时序步骤，在扩展曝光时序步骤中，所述第二复位晶体管和附加晶体管均处于导通状态，第一复位晶体管、第一传输晶体管和第二传输晶体管均处于断开状态；进行扩展曝光时序步骤后，进行扩展读出时序步骤，在扩展读出时序步骤中，第二复位晶体管和附加晶体管均处于导通状态，第一传输晶体管处于断开状态，所述扩展读出时序步骤包括：导通第二传输晶体管，使所述附光电二极管中的电荷对第一浮空扩散点和第二浮空扩散点进行第三充电；进行第三充电后，所述列读出线对第一浮空扩散点的电位信息进行第三信号数据采集。可选的，在主读出时序步骤的起始时刻至第二信号数据采集的终结时刻，所述第一复位晶体管处于断开状态。可选的，所述主读出时序步骤还包括：在进行第一充电之前，在所述附加晶体管、第一复位晶体管和第一传输晶体管处于断开状态下，所述列读出线对第一浮空扩散点的电位信息进行第一基准数据采集；根据第一基准数据采集得到的数据与第一信号数据采集得到的数据之差，获取第一有效信号数据。可选的，所述主读出时序步骤还包括：在进行第二信号数据采集后，进行主复位操作，在主复位操作中，第一复位晶体管和附加晶体管处于导通状态，第一传输晶体管处于断开状态；进行主复位操作后，在第一复位晶体管和第一传输晶体管处于断开状态、且附加晶体管处于导通状态下，所述列读出线对第一浮空扩散点的电位信息进行第二基准数据采集；根据第二基准数据采集得到的数据与第二信号数据采集得到的数据之差，获取第二有效信号数据。可选的，所述扩展读出时序步骤还包括：进行第三信号数据采集后，进行扩展复位操作，在扩展复位操作中，第一复位晶体管处于导通状态，第二传输晶体管处于断开状态；进行扩展复位操作后，在第一复位晶体管处于断开状态、且第二传输晶体管处于断开状态下，所述列读出线对第一浮空扩散点的电位信息进行第三基准数据采集；根据第三基准数据采集得到的数据与第三信号数据采集得到的数据之差，获取第三有效信号数据。可选的，还包括：在进行主读出时序步骤之后，且在进行扩展曝光时序步骤之前，进行扩展清空步骤；在扩展清空步骤中，第一复位晶体管和第二复位晶体管处于导通状态，第一传输晶体管处于断开状态，第二传输晶体管处于导通状态，附加晶体管处于导通状态，选择晶体管处于断开状态。与现有技术相比，本专利技术的技术方案具有以下优点：本专利技术技术方案提供的图像传感器像素电路的工作方法中，在进行主曝光时序步骤中，所述附加晶体管处于导通状态，因此当主光电二极管在过曝的情况下，主光电二极管中的光生电子会通过第一传输晶体管溢出至第一浮空扩散点和第二浮空扩散点。在进行主曝光时序步骤和主读出时序步骤中，第二复位晶体管处于断开状态，因此主光电二极管中的光生电子不会被传输至第二电源线。由于在进行主曝光时序步骤和主读出时序步骤中，第二传输晶体管处于断开状态，且附光电二极管的面积小于主光电二极管的面积，因此在进行主曝光时序步骤和主读出时序步骤中，附光电二极管中的光生电子不会溢出至第一浮空扩散点。在附加晶体管处于断开状态下进行第一充电，使主光电二极管中的光生电子转移至第一浮空扩散点。由于第一浮空扩散点的满阱电容较小，因此第一信号数据采集得到的数据用于表征图像在暗处的信息。在附加晶体管处于导通状态下进行第二充电，第二充电使主光电二极管中的光生电子转移至第一浮空扩散点和第二浮空扩散点，主要由第一浮空扩散点的寄生电容和所述电容存储来自主光电二极管中的光生电子。由于第一浮空扩散点和所述电容共同的满阱电容大于第一浮空扩散点的满阱电容，因此在主光电二极管曝光的情况下，第一浮空扩散点的寄生电容和所述电容有足够的电容空间存储来自主电二极管产生的光生电子，因此第二信号数据采集得到的数据可表征本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种图像传感器像素电路，其特征在于，包括：主光电二极管，所述主光电二极管具有第一正向连接端；附光电二极管；第一传输晶体管，第一传输晶体管的源级与第一正向连接端连接，第一传输晶体管的漏极连接第一浮空扩散点；第二传输晶体管，第二传输晶体管的源级与所述附光电二极管连接，第二传输晶体管的漏极连接第一浮空扩散点或第二浮空扩散点；附加晶体管，所述附加晶体管的源极连接第一浮空扩散点，所述附加晶体管的漏极连接第二浮空扩散点；第一复位晶体管，第一复位晶体管的漏极与第一电源线连接，第一复位晶体管的源级连接第二浮空扩散点；第二复位晶体管，第二复位晶体管的源级与第一正向连接端连接，第二复位晶体管的漏极与第二电源线连接；电容，所述电容与第二浮空扩散点连接；列读出线，所述列读出线适于读出第一浮空扩散点的电位信息。

【技术特征摘要】
1.一种图像传感器像素电路，其特征在于，包括：主光电二极管，所述主光电二极管具有第一正向连接端；附光电二极管；第一传输晶体管，第一传输晶体管的源级与第一正向连接端连接，第一传输晶体管的漏极连接第一浮空扩散点；第二传输晶体管，第二传输晶体管的源级与所述附光电二极管连接，第二传输晶体管的漏极连接第一浮空扩散点或第二浮空扩散点；附加晶体管，所述附加晶体管的源极连接第一浮空扩散点，所述附加晶体管的漏极连接第二浮空扩散点；第一复位晶体管，第一复位晶体管的漏极与第一电源线连接，第一复位晶体管的源级连接第二浮空扩散点；第二复位晶体管，第二复位晶体管的源级与第一正向连接端连接，第二复位晶体管的漏极与第二电源线连接；电容，所述电容与第二浮空扩散点连接；列读出线，所述列读出线适于读出第一浮空扩散点的电位信息。2.根据权利要求1所述的图像传感器像素电路，其特征在于，所述主光电二极管的感光面积大于所述附光电二极管的感光面积。3.根据权利要求2所述的图像传感器像素电路，其特征在于，所述附光电二极管的感光面积为所述主光电二极管的感光面积的5％～20％。4.根据权利要求1所述的图像传感器像素电路，其特征在于，还包括：源跟随晶体管，所述源跟随晶体管的栅极与第一浮空扩散点连接，所述源跟随晶体管的漏极与第一电源线连接；选择晶体管，所述选择晶体管的漏极与所述源跟随晶体管的源极连接，所述选择晶体管的源极与所述列读出线连接。5.根据权利要求1所述的图像传感器像素电路，其特征在于，第二电源线的电位与第一电源线的电位相同；或者，第二电源线的电位与第一电源线的电位不同。6.根据权利要求1所述的图像传感器像素电路，其特征在于，所述电容具有相对的第一端和第二端，第一端与第二浮空扩散点连接，第二端接地。7.根据权利要求1所述的图像传感器像素电路，其特征在于，所述主光电二极管还具有第一反向连接端，第一反向连接端接地；所述附光电二极管具有第二正向连接端和第二反向连接端，第二正向连接端连接第二传输晶体管的源级，第二反向连接端接地。8.一种图像传感器像素电路的工作方法，其特征在于，包括：提供如权利要求1至7任意一项所述的图像传感器像素电路；进行主曝光时序步骤，在主曝光时序步骤中，第一复位晶体管、第二复位晶体管、第一传输晶体管和第二传输晶体管均处于断开状态，所述附加晶体管处于导通状态；进行主曝光时序步骤后，进行主读出时序步骤，在主读出时序步骤中，第二复位晶体管和第二传输晶体管均处于断开状态，主读出时序步骤包括：在附加晶体管处于断开状态下，导通所述第一传输晶体管，使主光电二极管中的电荷对第一浮空扩散点进行第一充电；进行第一充电后，在附加晶体管处于断开状态下，所述列读出线对第一浮空扩散点的电位信息进行第一信号数据采集；进行第一信号数据采集后，在附加晶体管处于导通状态下...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄金德，王林，
申请(专利权)人：昆山锐芯微电子有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32