一种图像传感器及读取方法技术

本发明专利技术公开一种图像传感器及读取方法。该图像传感器，包括若干像素单元，像素单元包括连接浮动扩散有源区的第一复位晶体管和源极跟随晶体管，还包括第二复位晶体管以及若干像素，若干像素串行连接，若干像素的一端接入漂浮扩散有源区，另一端通过第二复位晶体管接电源；其中，像素包括相互连接的电荷传输晶体管和感光单元，若干像素的电荷传输晶体管串行连接在浮动扩散有源区和第二复位晶体管之间，若干像素的感光单元连接在对应的电荷传输晶体管和地之间。对应的，本发明专利技术还提供了一种图像传感器的读取方法。本发明专利技术的图像传感器及读取方法，提升了像素感光量子效率，并同时提高了像素光电转换增益，有效降低像素信号的噪声。有效降低像素信号的噪声。有效降低像素信号的噪声。

【技术实现步骤摘要】
一种图像传感器及读取方法


[0001]本专利技术涉及传感器
，特别是涉及一种图像传感器及读取方法。

技术介绍

[0002]随着技术的发展，计算设备被逐渐地应用于现代社会的各个层面，并对现代社会的发展做出了巨大的贡献，其包括但不限于数码相机，摄像机，智能手机，导航系统等。特别地，近年来，数码相机等具有采集图像功能的设备变得越来越流行，且对其成像品质要求越来越高。
[0003]现有的CMOS图像传感器的像素工作原理是：采用感光元件将接收到的光信号转换为光电电荷信号，光电电荷信号被传输到漂浮扩散有源区后，像素中的源跟随晶体管将光电电荷信号转换为光电信号输出，供后级信号处理系统进行处理。像素输出的光电信号中，含有信号噪声，而晶体管器件的随机噪声是主要噪声之一，其等效输入噪声大小与漂浮扩散有源区的总寄生电容相关，总寄生电容等于有源区、金属和多晶硅连线三者贡献的电容之和；漂浮扩散有源区的总寄生电容越小，像素的光电转换增益越高，其等效输入噪声就会越小。
[0004]然而，为了提升像素的感光灵敏度，特别是小尺寸像素，图像传感器像素多采用共享型结构方式，即多个像素共享复位晶体管、源跟随晶体管和像素选择晶体管，目的是扩大像素感光元件的填充率来提高感光量子效率，例如专利号为CN102956660A所公布的像素结构。但是，多个像素的共享型结构方式，会增加漂浮扩有源区的寄生电容，从而降低了光电转换增益。由此可见，现有的提升像素感光量子效率与提高像素光电转换增益的设计，具有相互制约和矛盾的特点。

技术实现思路
/>[0005]本专利技术的目的是提供一种图像传感器及读取方法，解决如何同时提升像素感光量子效率与提高像素光电转换增益的技术问题。
[0006]本专利技术提供一种图像传感器，包括若干像素单元，所述像素单元包括连接浮动扩散有源区的第一复位晶体管和源极跟随晶体管，其特征在于，所述像素单元还包括第二复位晶体管以及若干像素，所述若干像素串行连接，其一端接入所述漂浮扩散有源区，另一端通过所述第二复位晶体管接电源；其中，所述像素包括相互连接的电荷传输晶体管和感光单元，所述若干像素的所述电荷传输晶体管串行连接在所述浮动扩散有源区和所述第二复位晶体管之间，所述若干像素的感光单元连接在对应的电荷传输晶体管和地之间。
[0007]其中一实施例中，所述若干像素的感光单元的一侧上还设置有辅助多晶硅栅。
[0008]其中一实施例中，所述辅助多晶硅栅用于分别接收一负电位，用于加速清除残留电荷。
[0009]其中一实施例中，所述辅助多晶硅栅用于分别接收第一负电压至第N负电压，其中第一负电压到第N负电压的电势依次降低，以保证所述若干像素的电荷完全输出。
[0010]其中一实施例中，所述辅助多晶硅栅在所述感光单元上的垂直投影为多边形或者椭圆形。
[0011]其中一实施例中，所述辅助多晶硅栅靠近所述感光单元一端的表面积为所述感光单元阴极端表面积的0.2～0.8倍。
[0012]其中一实施例中，在第一方向上，所述辅助多晶硅栅与所述感光单元同轴设置。
[0013]其中一实施例中，所述第一复位晶体管的漏极和所述源极跟随晶体管的漏极均接入电源，且所述第一复位晶体管的源极和所述源极跟随晶体管的栅极均与所述浮动扩散有源区连接；所述源极跟随晶体管的源极连接输出端；所述第一复位晶体管用于在所述像素曝光之前复位所述浮动扩散有源区和所述源极跟随晶体管的电荷信号；所述源极跟随晶体管用于接收所述像素传输的电荷信号并放大输出。
[0014]其中一实施例中，所述图像传感器还包括行选择晶体管，所述源极跟随晶体管通过所述行选择晶体管连接所述输出端。
[0015]其中一实施例中，所述图像传感器还包括双转换增益控制模块，所述双转换增益控制模块连接在所述第一复位晶体管和所述浮动扩散有源区之间，所述双转换增益控制模块至少包括一个双转换增益控制晶体管和电容，所述双转换增益控制模块用于实现在低转换增益模式和高转换增益模式的切换。
[0016]本专利技术还公开一种图像传感器的读取方法，包括：
[0017]第一次复位，开启所述第二复位晶体管，开启第N到第X电荷传输晶体管，沿远离所述浮动扩散有源区的方向依次对若干所述像素进行复位操作，以依次清除若干所述像素的电荷；其中，X为自然数且2≤X≤N；
[0018]像素曝光，依次关闭第X电荷传输晶体管，在对任一所述像素进行第一次复位操作之后对其进行曝光；
[0019]第二次复位，关闭第二复位晶体管，开启第一复位晶体管，开启第一到第X电荷传输晶体管，对所述漂浮扩散有源区进行复位操作；
[0020]复位信号读取，在对所述漂浮扩散有源区进行第二次复位操作之后，输出所述漂浮扩散有源区的电位信号，依次获取第一像素到第X像素的复位信号；
[0021]电荷转移，关闭第一复位晶体管，开启所述第一电荷传输晶体管到所述第X电荷传输晶体管，以在输出所述漂浮扩散有源区的电位信号之后，将所述像素中的感光单元存储的光电电荷转移所述漂浮扩散有源区，依次获取第一和第X像素的图像信号；
[0022]电荷读出，所述源极跟随晶体管将转移到所述漂浮扩散有源区的光电电荷读出。
[0023]其中一实施例中，所述像素还包括辅助多晶硅栅，所述辅助多晶硅栅平行设置于所述感光单元的阴极端的一侧，其中所述第一次复位的步骤包括：
[0024]关闭所述第一电荷传输晶体管，并使与所述第一电荷传输晶体管对应的第一辅助多晶硅栅的电位从初始电位设置为第一负电位，使与所述第一电荷传输晶体管对应的第一感光单元电位重置；
[0025]依次关闭所述第X电荷传输晶体管，使第X
‑
1电荷传输晶体管对应的第X
‑
1感光单元曝光；并使与所述第X电荷传输晶体管对应的第X辅助多晶硅栅的电位从初始电位设置为第一负电位，使与所述第X电荷传输晶体管对应的第X感光单元电位重置；
[0026]在所述第X
‑
1感光单元曝光之后，将所述第X
‑
1感光单元对应的第X
‑
1辅助多晶硅
栅的电位从所述第一负电位设置为所述初始电位。
[0027]其中一实施例中，当X＝N时，所述第一次复位的步骤还包括：
[0028]在所述第X
‑
1感光单元曝光之后，使与所述第X电荷传输晶体管对应的第X辅助多晶硅栅的电位从初始电位设置为第一负电位，并关闭所述第二复位晶体管，使与所述第X电荷传输晶体管对应的所述第X感光单元曝光；
[0029]在所述第X感光单元曝光之后，将所述第X辅助多晶硅栅的电位从所述第一负电位设置为所述初始电位。
[0030]其中一实施例中，所述初始电位为
‑
0.5V～0.5V，设置所述第一负电位为
‑
1.5V～
‑
0.5V。
[0031]其中一实施例中，关闭所述第一电荷传输晶体管的步骤和使与所述第一电荷传输晶体管对应的第一辅助多晶本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种图像传感器，包括若干像素单元，所述像素单元包括连接浮动扩散有源区的第一复位晶体管和源极跟随晶体管，其特征在于，所述像素单元还包括第二复位晶体管以及若干像素，所述若干像素串行连接，其一端接入漂浮扩散有源区，另一端通过所述第二复位晶体管接电源；其中，所述像素包括相互连接的电荷传输晶体管和感光单元，所述若干像素的所述电荷传输晶体管串行连接在所述浮动扩散有源区和所述第二复位晶体管之间，所述若干像素的感光单元连接在对应的电荷传输晶体管和地之间。2.如权利要求1所述的图像传感器，其特征在于，所述若干像素的感光单元的一侧上还设置有辅助多晶硅栅。3.如权利要求2所述的图像传感器，其特征在于，所述辅助多晶硅栅用于分别接收一负电位，用于加速清除残留电荷。4.如权利要求2所述的图像传感器，其特征在于，所述辅助多晶硅栅用于分别接收第一负电压至第N负电压，其中第一负电压到第N负电压的电势依次降低，以保证所述若干像素的电荷完全输出。5.如权利要求2所述的图像传感器，其特征在于，所述辅助多晶硅栅在所述感光单元上的垂直投影为多边形或者椭圆形。6.如权利要求2所述的图像传感器，其特征在于，所述辅助多晶硅栅靠近所述感光单元一端的表面积为所述感光单元阴极端表面积的0.2～0.8倍。7.如权利要求2所述的图像传感器，其特征在于，在第一方向上，所述辅助多晶硅栅与所述感光单元同轴设置。8.根据权利要求1所述的图像传感器，其特征在于，所述第一复位晶体管的漏极和所述源极跟随晶体管的漏极均接入电源，且所述第一复位晶体管的源极和所述源极跟随晶体管的栅极均与所述浮动扩散有源区连接；所述源极跟随晶体管的源极连接输出端；所述第一复位晶体管用于在所述像素曝光之前复位所述浮动扩散有源区和所述源极跟随晶体管的电荷信号；所述源极跟随晶体管用于接收所述像素传输的电荷信号并放大输出。9.根据权利要求8所述的图像传感器，其特征在于，所述图像传感器还包括行选择晶体管，所述源极跟随晶体管通过所述行选择晶体管连接所述输出端。10.根据权利要求1所述的图像传感器，其特征在于，所述图像传感器还包括双转换增益控制模块，所述双转换增益控制模块连接在所述第一复位晶体管和所述浮动扩散有源区之间，所述双转换增益控制模块至少包括一个双转换增益控制晶体管和电容，所述双转换增益控制模块用于实现在低转换增益模式和高转换增益模式的切换。11.根据权利要求1至10任一项所述的图像传感器的读取方法，其特征在于，包括：第一次复位，开启所述第二复位晶体管，开启第N到第X电荷传输晶体管，沿远离所述浮动扩散有源区的方向依次对若干所述像素进行复位操作，以依次清除若干所述像素的电荷；其中，X为自然数且2≤X≤N；像素曝光，依次关闭第X电荷传输晶体管，在对任一所述像素进行第一次复位操作之后对其进行曝光；第二次复位，关闭第二复位晶体管，开启第一复位晶体管，开启第一到第X电荷传输晶体管，对所述漂浮扩散有源区进行复位操作；复位信号读取，在对所述漂浮扩散有源区进行第二次复位操作之后，输出所述漂浮扩
散有源区的电位信号，依次获取第一像素到第X像素的复位信号；电荷转移，关闭第一复位晶体管，开启第一电荷传输晶体管到所述第X电荷传输晶体管，以在输出所述漂浮扩散有源区的电位信号之后，将所述像素中的感光单元存储的光电电荷转移所述漂浮扩散有源区，依次获取第一和第X像素的图像信号；电荷读出，所述源极跟随晶体管将转移到所述漂浮扩散有源区的光电电荷读出。12.根据权利要求11所述的图像传感器的读取方法，其特征在于，所述像素还包括辅助多晶硅栅，所述辅助多晶硅栅平行设置于所述感光单元的阴极端的一侧，其中所述第一次复位的步骤包括：关闭所述第一电荷传输晶体管，并使与所述第一电荷传输晶体管对应的第一辅助多晶硅栅的电位从初始电位设置为第一负电位，使与所述第一电荷传输晶体管对应的第一感光单元电位重置；依次关闭所述第X电荷传输晶体管，使第X
‑
1电荷传输晶体管对应的第X

【专利技术属性】
技术研发人员：郭同辉，
申请(专利权)人：思特威上海电子科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：