用于低暗电流浮动扩散区的设备及方法技术

本发明专利技术论述一种用于低暗电流浮动扩散区的设备及方法。实例性方法包含：通过转移门将光电二极管耦合到浮动扩散区，其中对所述转移门的栅极端子提供第一电压；复位所述浮动扩散区；重复取样所述光电二极管上的图像电荷多次，其中所述所取样图像电荷经耦合到所述浮动扩散区，且其中在每次取样所述图像电荷期间对所述转移门的所述栅极端子提供小于所述第一电压的第二电压；在重复取样所述图像电荷的同时，将额外电容耦合到所述浮动扩散区，其中在所述取样期间将第一电容电压施加到所述额外电容；及执行所述所取样图像电荷的相关双重取样。

【技术实现步骤摘要】
用于低暗电流浮动扩散区的设备及方法
本专利技术大体上涉及图像传感器，且特定来说但非排他地，涉及低暗电流CMOS图像传感器。
技术介绍
图像传感器已普遍存在。图像传感器广泛用于数码相机、蜂窝电话、监控摄像机以及医疗、汽车及其它应用。用来制造图像传感器的技术继续快速发展。例如，对更高分辨率及更低功耗的需求促进这些装置的进一步小型化及集成。像素串扰当前限制半导体图像传感器装置的性能。理想地，图像传感器中的每一像素作为独立光子检测器操作。换句话说，一个像素中的电子/空穴内容不溢入相邻像素(或装置中的任何其它像素)。在真实图像传感器中，情况并非如此。电信号可从一个像素移动到另一像素。这种串扰可增加白色像素的数量，降低图像传感器灵敏度，并引起颜色信号混合。不幸的是，许多串扰解决方案经常放大暗电流的影响或促成暗电流。暗电流及串扰的组合可导致明显图像劣化。已采用许多技术来减轻串扰/暗电流的影响且增强图像传感器性能。然而，这些方法中的一些可能未完全消除像素串扰及暗电流的影响。
技术实现思路
根据本专利技术的方面，一种方法包括：通过转移门将光电二极管耦合到浮动扩散区，其中对所述转移门的栅极端子提供第一电压；复位所述浮动扩散区；重复取样所述光电二极管上的图像电荷多次，其中所述所取样图像电荷经耦合到像素的所述浮动扩散区，且其中在每次取样所述图像电荷期间对所述转移门的所述栅极端子提供小于所述第一电压的第二电压；在重复取样所述图像电荷时，将额外电容耦合到所述浮动扩散区，其中在所述取样期间将第一电容电压施加到所述额外电容；及执行所述所取样图像电荷的相关双重取样。根据本专利技术的方面，一种成像系统包括：像素阵列，其用来光生图像电荷，其中每一像素包含：光电二极管；浮动扩散区，其经由转移门耦合到所述光电二极管；额外电容，其经由控制栅极耦合到所述浮动扩散区；控制电路，其经耦合以控制所述像素阵列，其中所述控制电路将两个或两个以上控制信号提供到所述像素阵列以取样所述图像电荷，所述控制信号引起至少一个像素：通过所述转移门将所述光电二极管耦合到所述浮动扩散区，其中对所述转移门的栅极端子提供第一电压；复位所述浮动扩散区；重复取样所述光电二极管上的图像电荷多次，其中所述所取样图像电荷经耦合到所述像素的所述浮动扩散区，且其中在每次取样所述图像电荷期间对所述转移门的所述栅极端子提供小于所述第一电压的第二电压；及在重复取样所述图像电荷时，通过所述控制栅极将所述额外电容耦合到所述浮动扩散区，其中在所述取样期间将第一电容电压施加到所述额外电容。根据本专利技术的另一方面，一种方法包括：启用转移门以将电荷从光电二极管转移到浮动扩散区，其中使用第一电压启用所述转移门；启用复位晶体管及控制晶体管以将所述浮动扩散区耦合到高参考电压；反复地启用所述转移门及所述控制栅极以将来自所述光电二极管的图像电荷取样到所述浮动扩散区，其中使用小于所述第一电压的第二电压启用所述转移门，且其中启用所述控制栅极将第一额外电容耦合到所述浮动扩散区；在反复地启用所述转移门及所述控制栅极时，反复地将第一电容电压施加到所述额外电容；及对包含两个暗信号的所述图像电荷执行相关双重取样。附图说明参考下图描述本专利技术的非限制性及非穷举性实例，其中除非另有规定，否则贯穿各个视图相同参考数字指代相同部件。图1说明根据本专利技术的实施例的成像系统100的一个实例。图2是根据本专利技术的实施例的像素210的说明性示意图。图3是根据本专利技术的实施例的实例性时序图305。图4是根据本专利技术的实施例的实例性流程图400。贯穿附图的若干视图，对应参考字符指示对应组件。所属领域的技术人员将明白，附图中的元件是为简单及清楚起见而说明且未必按比例绘制。例如，附图中的一些元件的尺寸可相对于其它元件夸大以帮助改进对本专利技术的各种实施例的理解。并且，通常未描绘商业上可行实施例中有用或必要的常见但易于理解的元件以便更少地阻碍对本专利技术的这些各种实施例的观察。具体实施方式本文中描述用于具有浮动扩散操作以获得低暗电流的图像传感器的设备及方法的实例。在下文描述中，阐述众多具体细节以提供对实例的透彻理解。然而，相关领域的技术人员将认识到，本文中所描述的技术可在不具有所述具体细节中的一或多者的情况下实践或使用其它方法、组件、材料等实践。在其它实例中，未详细展示或描述众所周知的结构、材料或操作以避免模糊某些方面。贯穿本说明书对“一个实例”或“一个实施例”的引用意味着结合所述实例所描述的特定特征、结构或特性包含在本专利技术的至少一个实例中。因此，贯穿本说明书的各个地方出现短语“在一个实例中”或“在一个实施例中”未必均指相同实例。此外，特定特征、结构或特性可在一或多个实例中以任何合适方式组合。贯穿本说明书，使用若干技术术语。除非本文中具体定义或其使用背景将另外明确指示，否则这些术语将具有其所属领域中的普通含义。应注意，元件名称及符号可贯穿本文献互换地使用(例如，Si与硅)；然而，两者相同含义。图1说明根据本专利技术的实施例的成像系统100的一个实例。成像系统100包含像素阵列102、控制电路104、读出电路106及功能逻辑108。在一个实例中，像素阵列102是光电二极管110或图像传感器像素(例如，像素P1、P2、…、Pn)的二维(2D)阵列。如所说明，光电二极管经布置成行(例如，行R1到Ry)及列(例如，列C1到Cx)以获取人、地点、物体等的图像数据，接着可使用所述图像数据来呈现人、地点、物体等的2D图像。然而，光电二极管不必经布置成行及列且可采取其它配置。在一个实例中，在像素阵列102中的每一图像传感器光电二极管/像素已获取其图像数据或图像电荷之后，由读出电路106读出图像数据且接着将图像数据转移到功能逻辑108。读出电路106可经耦合以从像素阵列102中的多个光电二极管110读出图像数据。在各种实例中，读出电路106可包含放大电路、模/数转换(ADC)电路或其它电路。功能逻辑108可简单地存储图像数据或甚至通过应用后图像效应(例如，裁剪、旋转、去除红眼、调整亮度、调整对比度等)来操纵图像数据。在一个实例中，读出电路106可沿读出列线一次读出一行图像数据(已说明)，或可使用各种其它技术(未说明)读出所述图像数据，例如串行读出或同时完全并行读出所有像素。在一个实例中，控制电路104经耦合到像素阵列102以控制像素阵列102中的多个光电二极管110的操作。例如，控制电路104可生成用于控制图像获取的快门信号。在一个实例中，快门信号是全局快门信号，其用于同时启用像素阵列102内的所有像素110以在单个获取窗口期间同时捕获其相应图像数据。在另一实例中，快门信号是滚动快门信号使得在连续获取窗口期间循序地启用每一行像素、每一列像素或每一组像素。在另一实例中，图像获取与照明效果(例如闪光)同步。在一个实例中，控制电路104可控制提供到像素110的各种控制信号的时序以减少与像素110中的每一者的浮动扩散区相关联的暗电流。在一些非限制性实施例中，像素110可为所谓4T像素(例如，四晶体管像素)，且可编排各种晶体管的时序以复位浮动扩散区，将光生电荷从光电二极管转移到浮动扩散区等。例如，各种控制信号的顺序及相对时序可影响与浮动扩散区相关联的暗电流。另外，像素110可进一步包含双重转换增益(DCG)晶体本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种方法，其包括：通过转移门将光电二极管耦合到浮动扩散区，其中对所述转移门的栅极端子提供第一电压；复位所述浮动扩散区；重复取样所述光电二极管上的图像电荷多次，其中所述所取样图像电荷经耦合到像素的所述浮动扩散区，且其中在每次取样所述图像电荷期间对所述转移门的所述栅极端子提供小于所述第一电压的第二电压；在重复取样所述图像电荷时，将额外电容耦合到所述浮动扩散区，其中在所述取样期间将第一电容电压施加到所述额外电容；及执行所述所取样图像电荷的相关双重取样。

【技术特征摘要】
2017.08.03 US 15/668,2071.一种方法，其包括：通过转移门将光电二极管耦合到浮动扩散区，其中对所述转移门的栅极端子提供第一电压；复位所述浮动扩散区；重复取样所述光电二极管上的图像电荷多次，其中所述所取样图像电荷经耦合到像素的所述浮动扩散区，且其中在每次取样所述图像电荷期间对所述转移门的所述栅极端子提供小于所述第一电压的第二电压；在重复取样所述图像电荷时，将额外电容耦合到所述浮动扩散区，其中在所述取样期间将第一电容电压施加到所述额外电容；及执行所述所取样图像电荷的相关双重取样。2.根据权利要求1所述的方法，其进一步包括：在每次取样所述图像电荷期间，重复启用控制晶体管以将所述额外电容耦合到所述浮动扩散区。3.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一电压驱动所述转移门进入饱和模式。4.根据权利要求1所述的方法，其进一步包括：在每次取样所述图像电荷期间，将第二额外电容耦合到所述浮动扩散区。5.根据权利要求1所述的方法，其中执行所述所取样图像电荷的相关双重取样包括：将所述额外电容耦合到所述浮动扩散区；将所述第一电容电压提供到所述额外电容；及启用行选择晶体管以经由源极跟随器晶体管将所述浮动扩散区耦合到位线，其中所述浮动扩散区上的所述图像电荷作为第一信号读出。6.根据权利要求5所述的方法，其进一步包括：复位所述浮动扩散区；将所述额外电容耦合到所述浮动扩散区；将所述第一电容电压提供到所述额外电容；及启用行选择晶体管以经由源极跟随器晶体管将所述浮动扩散区耦合到位线，其中所述浮动扩散区上的电荷作为第一暗信号读出。7.根据权利要求6所述的方法，其进一步包括：启用行选择晶体管以经由源极跟随器晶体管将所述浮动扩散区耦合到位线，其中所述浮动扩散区上的电荷作为第二暗信号读出。8.根据权利要求7所述的方法，其进一步包括：将所述光电二极管耦合到所述浮动扩散区，其中将所述第一电压提供到所述转移门的所述栅极端子；及启用行选择晶体管以经由源极跟随器晶体管将所述浮动扩散区耦合到位线，其中所述浮动扩散区上的电荷作为第二信号读出。9.一种成像系统，其包括：像素阵列，其用来光生图像电荷，其中每一像素包含：光电二极管；浮动扩散区，其经由转移门耦合到所述光电二极管；额外电容，其经由控制栅极耦合到所述浮动扩散区；控制电路，其经耦合以控制所述像素阵列，其中所述控制电路将两个或两个以上控制信号提供到所述像素阵列以取样所述图像电荷，所述控制信号引起至少一个像素：通过所述转移门将所述光电二极管耦合到所述浮动扩散区，其中对所述转移门的栅极端子提供第一电压；复位所述浮动扩散区；重复取样所述光电二极管上的图像电荷多次，其中所述所取样图像电荷经耦合到所述像素...

【专利技术属性】
技术研发人员：真锅宗平，马渕圭司，后藤高行，
申请(专利权)人：豪威科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：美国,US