本发明专利技术公开了一种光电可调的垂直电荷转移型器件、阵列及方法。其垂直电荷转移型器件单元包括五个复合介质栅MOSFET器件，其中四个复合介质栅MOSFET器件用于收集读取信号，即读取管，这四个读取管排成正方形结构，其中间放置一个共享的用于写入的复合介质栅MOSFET器件，即写入管；复合介质栅MOSFET器件的结构为在衬底上方依次设有底层绝缘介质层、浮栅、顶层绝缘介质层和控制栅；五个复合介质栅MOSFET器件共享浮栅和控制栅。本发明专利技术的器件能够突破现有硅基图像传感器只能在可见光波段进行响应的限制，通过在电路结构中选择不同响应波段的光电二极管作为信息提供源对写入管进行调制，可以实现多谱段成像功能。可以实现多谱段成像功能。可以实现多谱段成像功能。
【技术实现步骤摘要】
一种光电可调的垂直电荷转移型器件、阵列及方法
[0001]本专利技术涉及感存算一体器件，是一种光电可调的基于复合介质栅结构的集感光、存储和运算于一体的垂直电荷转移新型器件，属于感存算器件领域。
技术介绍
[0002]传统的图像处理系统大多采用感光单元和处理单元相分离的结构，首先利用感光单元构成的图像传感器将光学信号转换为电学信号，然后将其送入处理单元进行信号处理等操作。主流的图像传感器包括CCD和CIS(CMOS Image Sensor)两种，随着CMOS制造工艺的不断提升，CIS开始在越来越多的领域取代CCD，占据了市场的主导地位。但CCD的控制时序和电压要求极其复杂，工作速度慢且不易集成；CIS结构复杂，填充系数低并且满阱电荷小。
[0003]如今，图像的帧率和分辨率不断提高，对系统的运算能力提出了更高的要求。因此，许多科研工作者开始试图将数据预处理部分融入到感光单元中，形成感光单元和处理单元相融合的结构，从而减轻后级系统的处理压力、提升系统的整体性能。
技术实现思路
[0004]由于目前图像传感器业界缺乏基于感存算一体化的器件级设计，本专利技术旨在将感光、存储和运算三者有机融合，提供一种光电可调的基于复合介质栅结构的垂直电荷转移型器件和阵列。本专利技术的另一个目的在于提供上述器件和阵列的操作方法。
[0005]本专利技术器件采用的技术方案如下：
[0006]一种光电可调的垂直电荷转移型器件，该垂直电荷转移型器件单元包括五个复合介质栅MOSFET器件，其中四个复合介质栅MOSFET器件用于收集读取信号，即读取管，这四个读取管排成正方形结构，其中间放置一个共享的用于写入的复合介质栅MOSFET器件，即写入管；所述复合介质栅MOSFET器件的结构为在衬底上方依次设有底层绝缘介质层、浮栅、顶层绝缘介质层和控制栅；所述五个复合介质栅MOSFET器件共享浮栅和控制栅。
[0007]本专利技术提供上述垂直电荷转移型器件的操作方法，其用于光调制的操作方法包括如下步骤：
[0008](1)权重的写入：通过调节单元结构中开启的读取管的数量完成权重的写入；
[0009](2)光电子的复位：加压使得四个读取管的控制栅与衬底处于零偏状态，消除底层绝缘介质层下方衬底内的耗尽区，完成光电子的复位；
[0010](3)光电子的产生：外界可见光入射到衬底，产生电子空穴对；
[0011](4)光电子的收集：加压使得四个读取管的控制栅与衬底处于正偏状态，在底层绝缘介质层下方衬底内形成耗尽区，上一步骤中产生的光生电子空穴对在电场的作用下分离，电子被扫入底层绝缘介质层下方衬底内的耗尽区，空穴被扫出衬底；
[0012](5)信号的读出：在上一步骤的基础上，将四个读取管的漏极接正偏信号，读取器件的输出电流。
[0013]进一步地，本专利技术提供上述垂直电荷转移型器件的操作方法，其用于光调制的操
作方法包括如下步骤：
[0014](1)权重的写入：通过调节单元结构中开启的读取管的数量完成权重的写入；
[0015](2)复位：加压使得所有复合介质栅MOSFET器件控制栅与衬底处于零偏状态，消除底层绝缘介质层下方衬底内的耗尽区，完成光电子的复位；
[0016](3)信号的收集：光信号经过感光元件转化为电流信号，通入写入管的有源区，同时加压使得其余四个读取管的控制栅与衬底处于正偏状态，在底层绝缘介质层下方衬底内形成耗尽区，写入管的电势变化映射到其余四个读取管的耗尽区形成电场，电子被扫入底层绝缘介质层下方衬底内的耗尽区，空穴被扫出衬底；
[0017](4)信号的读出：在上一步骤的基础上，将四个读取管的漏极接正偏信号，读取器件的输出电流。
[0018]本专利技术还提供一种光电可调的垂直电荷转移型器件阵列，所述垂直电荷转移型器件单元采用NOR架构形成阵列：对于N行M列的阵列，共有4N个字线WL信号，分别连接N个垂直电荷转移型器件中的四个读取管的栅极；共有M个源线SL信号，分别连接M个垂直电荷转移型器件中同一列的四个读取管的源极；共有M个位线BL信号，分别连接M个垂直电荷转移型器件中同一列的四个读取管的漏极；N
×
M个写入管控制信号CS，实现对阵列工作区域的控制。
[0019]进一步地，本专利技术提供上述阵列的操作方法，其用于光调制的操作方法包括如下步骤：
[0020](1)权重的写入：调节字线WL上施加的信号，控制开启的读取管数量，完成权重的写入；
[0021](2)光电子的复位：调节字线WL上施加的信号，使栅极与衬底处于零偏状态，从而消除底层绝缘介质层下方衬底内的耗尽区，完成光电子的复位；
[0022](3)光电子的产生：外界光源入射到衬底，产生电子空穴对；
[0023](4)光电子的收集：调节字线WL上施加的信号，使栅极与衬底处于正偏状态，在底层绝缘介质层下方衬底内形成耗尽区，上一步骤中产生的光生电子空穴对在电场的作用下分离，电子被扫入底层绝缘介质层下方衬底内的耗尽区，空穴被扫出衬底；
[0024](5)信号的读出：在上一步骤的基础上，源线SL接地，位线BL接正偏信号，读取器件阵列的输出电流。
[0025]进一步地，本专利技术提供上述阵列的操作方法，其用于电调制的操作方法包括如下步骤：
[0026](1)权重的写入：调节字线WL上施加的信号，控制开启的读取管数量，完成权重的写入；
[0027](2)复位：调节字线WL上施加的信号，使栅极与衬底处于零偏状态，从而消除底层绝缘介质层下方衬底内的耗尽区，完成复位；
[0028](3)信号的收集：光信号经过感光元件转化为电流信号，通入写入管的有源区，调节控制信号CS上施加的信号，使写入管开启；同时调节字线WL上施加的信号使四个读取管的栅极与衬底处于正偏状态，在底层绝缘介质层下方衬底内形成耗尽区，写入管的电势变化映射到其余四个读取管的耗尽区形成电场，电子被扫入底层绝缘介质层下方衬底内的耗尽区，空穴被扫出衬底；
[0029](4)信号的读出：在上一步骤的基础上，源线SL接地，位线BL接正偏信号，读取器件阵列的输出电流。
[0030]本专利技术的器件能够突破现有硅基图像传感器只能在可见光波段进行响应的限制，通过在电路结构中选择不同响应波段的光电二极管作为感光元件作为信息提供源对写入管进行调制，可以实现多谱段成像功能。并且，通过控制单个重复单元结构内多个复合介质栅MOSFET器件的不同加压方式，可以实现不同的加权方式，在信号读取的过程中完成数据的加权计算，从源头减少数据量，有效降低后续图像处理的算力需求和功耗。
附图说明
[0031]图1是本专利技术的器件结构图；
[0032]图2是本专利技术器件中复合介质栅MOSFET器件的AA
’
截面图；
[0033]图3是本专利技术器件实际使用时的等效电路图；
[0034]图4是本专利技术的阵列结构图。
具体实施方式
[0035]本专利技术提供了一种光电可本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种光电可调的垂直电荷转移型器件，其特征在于，该垂直电荷转移型器件单元包括五个复合介质栅MOSFET器件，其中四个复合介质栅MOSFET器件用于收集读取信号，即读取管，这四个读取管排成正方形结构，其中间放置一个共享的用于写入的复合介质栅MOSFET器件，即写入管；所述复合介质栅MOSFET器件的结构为在衬底上方依次设有底层绝缘介质层、浮栅、顶层绝缘介质层和控制栅；所述五个复合介质栅MOSFET器件共享浮栅和控制栅。2.如权利要求1所述一种光电可调的垂直电荷转移型器件的操作方法，其特征在于，用于光调制的操作方法包括如下步骤：(1)权重的写入：通过调节单元结构中开启的读取管的数量完成权重的写入；(2)光电子的复位：加压使得四个读取管的控制栅与衬底处于零偏状态，消除底层绝缘介质层下方衬底内的耗尽区，完成光电子的复位；(3)光电子的产生：外界可见光入射到衬底，产生电子空穴对；(4)光电子的收集：加压使得四个读取管的控制栅与衬底处于正偏状态，在底层绝缘介质层下方衬底内形成耗尽区，上一步骤中产生的光生电子空穴对在电场的作用下分离，电子被扫入底层绝缘介质层下方衬底内的耗尽区，空穴被扫出衬底；(5)信号的读出：在上一步骤的基础上，将四个读取管的漏极接正偏信号，读取器件的输出电流。3.如权利要求1所述一种光电可调的垂直电荷转移型器件的操作方法，其特征在于，用于电调制的操作方法包括如下步骤：(1)权重的写入：通过调节单元结构中开启的读取管的数量完成权重的写入；(2)复位：加压使得所有复合介质栅MOSFET器件控制栅与衬底处于零偏状态，消除底层绝缘介质层下方衬底内的耗尽区，完成光电子的复位；(3)信号的收集：光信号经过感光元件转化为电流信号，通入写入管的有源区，同时加压使得其余四个读取管的控制栅与衬底处于正偏状态，在底层绝缘介质层下方衬底内形成耗尽区，写入管的电势变化映射到其余四个读取管的耗尽区形成电场，电子被扫入底层绝缘介质层下方衬底内的耗尽区，空穴被扫出衬底；(4)信号的读出：在上一步骤的基础上，将四个读取管的漏极接正偏信号，读取器件的输出电流。4.如权利要求1所述一种光电可调的垂直电荷转移型器件阵列，其特征在于，所述垂直电荷转...
【专利技术属性】
技术研发人员：闫锋，杨婷，王凯，吴永杰，吴天泽，王一鸣，蒋骏杰，
申请(专利权)人：南京大学，
类型：发明
国别省市：
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