包括DRAM电容器的图像传感器及其操作方法技术

一种图像传感器包括：具有多个像素的像素阵列；行驱动器，向像素阵列提供升压信号；以及读出电路，被配置为读出从由行驱动器选择的行线的像素输出的像素信号。多个像素中的每一个包括：第一光电二极管；传输晶体管，连接到第一光电二极管；第一浮动扩散节点、第二浮动扩散节点和第三浮动扩散节点，所述第一浮动扩散节点、第二浮动扩散节点和第三浮动扩散节点连接到传输晶体管以累积由第一光电二极管产生的电荷；LCG电容器，连接到第三浮动扩散节点以累积由第一光电二极管产生的电荷；MCG晶体管，连接在第一浮动扩散节点与第二浮动扩散节点之间；以及LCG晶体管，连接到第三浮动扩散节点。连接到第三浮动扩散节点。连接到第三浮动扩散节点。

【技术实现步骤摘要】
包括DRAM电容器的图像传感器及其操作方法
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求于2021年4月15日向韩国知识产权局提交的韩国专利申请No.10
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2021
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0049151的优先权，所述申请的公开内容通过引用整体并入本文。


[0003]本公开涉及图像传感器以及该图像传感器的操作方法，更具体地，涉及一种通过使用连接到浮动扩散节点的动态随机存取存储器(DRAM)电容器来产生图像数据的图像传感器以及该图像传感器的操作方法。

技术介绍

[0004]图像传感器可以捕获物体的二维图像或三维图像。这种图像传感器通过使用对从物体反射的光的强度作出响应的光电转换元件来产生物体的图像。互补金属氧化物半导体(CMOS)技术已经进步，并且CMOS图像传感器已经得到广泛应用。

技术实现思路

[0005]动态随机存取存储器(DRAM)电容器可以添加到图像传感器的浮动扩散(FD)节点。本公开提供了包括连接到浮动扩散节点的DRAM电容器的图像传感器实施例，该图像传感器实施例产生具有宽动态范围和增加的信噪比的图像数据。
[0006]根据实施例，图像传感器可以包括：像素阵列，所述像素阵列包括多个像素；以及行驱动器，连接到像素阵列，其中多个像素中的每一个可以包括：第一光电二极管；传输晶体管，连接到第一光电二极管；第一浮动扩散节点、第二浮动扩散节点和第三浮动扩散节点，所述第一浮动扩散节点、第二浮动扩散节点和第三浮动扩散节点连接到传输晶体管以累积由第一光电二极管产生的电荷；LCG电容器，连接到第三浮动扩散节点以累积由第一光电二极管产生的电荷；MCG晶体管，连接在第一浮动扩散节点与第二浮动扩散节点之间；以及LCG晶体管，连接到第三浮动扩散节点。
[0007]根据实施例，像素可以包括：光电二极管；第一浮动扩散节点，被配置为累积由光电二极管中的任何一个产生的电荷；传输晶体管，每个传输晶体管的一端连接到光电二极管之一，而另一端连接到第一浮动扩散节点；MCG晶体管，连接到第一浮动扩散节点；第二浮动扩散节点，连接到MCG晶体管；LCG晶体管，连接到第一浮动扩散节点和第二浮动扩散节点之一；第三浮动扩散节点，连接到LCG晶体管；以及动态随机存取存储器(DRAM)电容器，所述DRAM电容器的一端连接到第三浮动扩散节点，而另一端被施加升压电压。
[0008]根据实施例，一种包括多个像素的图像传感器的操作方法，每个像素包括：光电二极管；传输晶体管，用于传输由光电二极管产生的电荷；第一浮动扩散节点、第二浮动扩散节点和第三浮动扩散节点，由光电二极管产生的电荷通过传输晶体管累积在第一浮动扩散节点、第二浮动扩散节点和第三浮动扩散节点；以及动态随机存取存储器(DRAM)电容器，所述方法可以包括：在传输晶体管断开的状态下，将由光电二极管产生的溢出电荷累积在第
一浮动扩散节点至第三浮动扩散节点和DRAM电容器中；输出与溢出电荷相对应的溢出图像信号；复位第一浮动扩散节点至第三浮动扩散节点和DRAM电容器，并且分别输出与多个转换增益模式相对应的第一复位信号、第二复位信号和第三复位信号；以及在传输晶体管接通之后，从第一浮动扩散节点至第三浮动扩散节点和DRAM电容器分别输出与多个转换增益模式相对应的第一图像信号、第二图像信号和第三图像信号。
附图说明
[0009]根据以下结合附图进行的详细描述，可以更清楚地理解本公开的实施例，在附图中：
[0010]图1是示出了根据本公开的实施例的图像传感器的框图；
[0011]图2是示出了根据本公开的实施例的像素的电路图；
[0012]图3是示出了根据本公开的实施例的电容器的截面图；
[0013]图4是示出了根据本公开的实施例的像素的操作的时序图；
[0014]图5A至图5D是示出了根据本公开的实施例的浮动扩散节点和电容器的电位的混合图；
[0015]图6是示出了根据本公开的实施例的图像传感器的操作的流程图；
[0016]图7A和图7B是示出了根据本公开的实施例的升压操作的时序图；
[0017]图8至图9是示出了根据本公开的实施例的像素的操作的时序图；
[0018]图10至图12是根据本专利技术的实施例的像素的电路图；
[0019]图13是示出了根据本公开的实施例的电子设备的框图；
[0020]图14是示出了根据本公开的实施例的电子设备的一部分的框图；以及
[0021]图15是示出了根据本公开的实施例的相机模块的具体配置的框图。
具体实施方式
[0022]图1示出了根据本公开的实施例的图像传感器。
[0023]图像传感器100可以安装在具有图像或光感测功能的电子设备中。例如，图像传感器100可以安装在诸如相机、智能手机、可穿戴设备、物联网(IoT)设备、家用电器、平板个人计算机(PC)、个人数字助理(PDA)、便携式多媒体播放器(PMP)、导航系统、无人机或高级驾驶员辅助系统(ADAS)等的电子设备中。此外，图像传感器100可以安装在作为车辆、家具、制造设备、门、各种测量设备等中的组件而提供的电子设备中。
[0024]参考图1，图像传感器100可以包括像素阵列110、行驱动器120、读出电路130、斜坡信号发生器140、时序控制器150和信号处理器190，并且读出电路130可以包括模数转换电路131(下文中称为ADC电路)和数据总线132。
[0025]像素阵列110可以包括多条行线RL、多条列线CL、以及与多条行线RL和多条列线CL连接并以矩阵布置的多个像素PX。多个像素PX可以被设置为有源像素传感器(APS)。
[0026]多个像素PX中的每一个可以包括至少一个光电转换元件。多个像素PX中的每一个可以通过使用光电转换元件来检测光，并根据检测到的光输出作为电信号的图像信号。例如，光电转换元件可以包括由有机材料或无机材料构成的光检测元件，例如无机光电二极管、有机光电二极管、钙钛矿光电二极管、光电晶体管、光电门或钉扎光电二极管。在实施例
中，多个像素PX中的每一个可以包括多个光电转换元件。
[0027]用于光收集的微透镜可以布置在多个像素PX中的每一个的上方或布置在包括相邻像素PX的每个像素组的上方。多个像素PX中的每一个可以从通过微透镜接收的光中检测某个光谱区域中的光。例如，像素阵列110可以包括用于将红色光谱区域中的光转换为电信号的红色像素、用于将绿色光谱区域中的光转换为电信号的绿色像素、以及用于将蓝色光谱区域中的光转换为电信号的蓝色像素。用于透射某个光谱区域中的光的滤色器可以布置在多个像素PX中的每一个上。然而，本公开不限于此，并且像素阵列110可以包括用于将除了红色、绿色和蓝色之外的光谱区域中的光转换为电信号的像素。
[0028]在实施例中，多个像素PX中的每一个可以具有多层结构。多层结构的多个像素PX中的每一个包括将不同光谱区域中的光转换为电信号的多个堆叠的光电转换元件，并且可以从多个光电转换本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种图像传感器，包括：像素阵列，包括多个像素；以及行驱动器，被配置为向所述像素阵列提供升压信号，其中，所述多个像素中的每一个包括：第一光电二极管；传输晶体管，连接到所述第一光电二极管；第一浮动扩散节点、第二浮动扩散节点和第三浮动扩散节点，所述第一浮动扩散节点、所述第二浮动扩散节点和所述第三浮动扩散节点连接到所述传输晶体管以累积由所述第一光电二极管产生的电荷；LCG电容器，连接到所述第三浮动扩散节点以累积由所述第一光电二极管产生的电荷；MCG晶体管，连接在所述第一浮动扩散节点和所述第二浮动扩散节点之间；以及LCG晶体管，连接到所述第三浮动扩散节点。2.根据权利要求1所述的图像传感器，其中：所述多个像素中的每一个还包括复位晶体管，所述复位晶体管的一端连接到所述第二浮动扩散节点，而另一端被施加像素电压，以及所述LCG晶体管的一端连接到所述第三浮动扩散节点，而另一端连接到所述第一浮动扩散节点。3.根据权利要求1所述的图像传感器，其中：所述多个像素中的每一个还包括复位晶体管，所述复位晶体管的一端连接到所述第二浮动扩散节点，而另一端被施加像素电压，以及所述LCG晶体管的一端连接到所述第三浮动扩散节点，而另一端连接到所述第二浮动扩散节点。4.根据权利要求1所述的图像传感器，其中：所述多个像素中的每一个还包括复位晶体管，所述复位晶体管的一端连接到所述第三浮动扩散节点，而另一端被施加像素电压，以及所述LCG晶体管的一端连接到所述第三浮动扩散节点，而另一端连接到所述第二浮动扩散节点。5.根据权利要求1所述的图像传感器，其中：所述升压信号具有地电压或升压电压，以及所述升压电压在像素电压和所述地电压之间的范围内可变。6.根据权利要求1所述的图像传感器，其中：所述多个像素中的每一个还包括第二光电二极管以及连接到所述第二光电二极管的第二传输晶体管，所述第二传输晶体管连接到所述第一浮动扩散节点，以及所述第一浮动扩散节点至所述第三浮动扩散节点和所述LCG电容器累积由从所述第一光电二极管和所述第二光电二极管中选择的一个光电二极管产生的电荷。7.根据权利要求1所述的图像传感器，还包括读出电路，所述读出电路被配置为读出从由所述行驱动器选择的行线的像素输出的像素信号，其中：所述多个像素中的每一个还包括复位晶体管，所述复位晶体管用于复位在所述第一光
电二极管、所述第一浮动扩散节点至所述第三浮动扩散节点和所述LCG电容器中累积的电荷，所述复位晶体管在快门期间执行第一接通操作以复位所述第一光电二极管、所述第一浮动扩散节点至所述第三浮动扩散节点和所述LCG电容器，并且在读出时间段期间执行第二接通操作以复位所述第一浮动扩散节点至所述第三浮动扩散节点和所述LCG电容器，以及从所述复位晶体管执行所述第一接通操作时到所述复位晶体管执行所述第二接通操作时，所述LCG晶体管被接通。8.根据权利要求7所述的图像传感器，其中，在所述复位晶体管执行所述第二接通操作之前，由于在所述第一浮动扩散节点至所述第三浮动扩散节点和所述LCG电容器中累积的电荷，所述多个像素中的每一个输出图像信号。9.根据权利要求1所述的图像传感器，其中，所述LCG电容器包括动态随机存取存储器DRAM电容器。10.一种像素，包括：光电二极管；第一浮动扩散节点，被配置为累积由所述光电二极管...

【专利技术属性】
技术研发人员：沈殷燮，安正言卓，李景镐，
申请(专利权)人：三星电子株式会社，
类型：发明
国别省市：