图像传感器、图像感测系统和图像感测方法技术方案

技术编号:38636322 阅读:25 留言:0更新日期:2023-08-31 18:32
一种图像传感器,包括光电转换器,被配置为响应于接收的光而将接收的光转换为电荷,并且将电荷提供给第一节点;转移晶体管,被配置为向浮置扩散节点提供第一节点的电压;复位晶体管,被配置为基于复位信号将浮置扩散节点的电压复位到驱动电压;源极跟随器晶体管,被配置为基于浮置扩散节点的电压来提供单元像素输出;选择晶体管,连接到源极跟随器晶体管,并且用选择信号选通,以向外部输出单元像素输出;以及铁电电容器,连接到浮置扩散节点,其中铁电电容器被配置为基于铁电电容器的转换增益模式来调整浮置扩散节点的转换增益,该转换增益模式是第一转换增益模式、第二转换增益模式或第三转换增益模式。式或第三转换增益模式。式或第三转换增益模式。

【技术实现步骤摘要】
图像传感器、图像感测系统和图像感测方法
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请基于并要求于2022年2月22日向韩国知识产权局提交的韩国专利申请No.10

2022

0023058的优先权,其公开内容通过引用整体并入本文。


[0003]本公开涉及一种图像传感器、图像感测系统和图像感测方法,更具体地,涉及一种使用铁电电容器的图像传感器、图像感测系统和图像感测方法。

技术介绍

[0004]图像感测设备可以是被配置为将光学信息转换为电信号的半导体设备的元件。这种图像感测设备可以包括电荷耦合设备(CCD)图像感测设备和互补金属氧化物半导体(CMOS)图像感测设备。
[0005]CMOS图像传感器(CIS)可以包括多个二维布置的像素,并且每个像素可以包括例如光电二极管(PD)。光电二极管可以将入射光转换为电信号。
[0006]随着计算机工业和通信工业的最近发展,对具有减小尺寸和改进性能的图像传感器的需求在诸如数码相机、摄像机、智能手机、游戏设备、安全服务相机、医疗微型相机、机器人、汽车等各个领域中不断增加。

技术实现思路

[0007]本公开的各方面提供了一种具有改善的图像质量的图像传感器。
[0008]本公开的各方面还提供了一种提供改善的图像质量的图像感测方法。
[0009]本公开的各方面还提供了一种具有改善的图像质量的图像感测系统。
[0010]根据本公开的一方面,一种图像传感器包括:光电转换器,被配置为响应于接收的光而将接收的光转换为电荷,并且将电荷提供给第一节点;转移晶体管,被配置为向浮置扩散节点提供第一节点的电压;复位晶体管,被配置为基于复位信号将浮置扩散节点的电压复位到驱动电压;源极跟随器晶体管,被配置为基于浮置扩散节点的电压来提供单元像素输出;选择晶体管,连接到源极跟随器晶体管,并且用选择信号选通,以向外部输出单元像素输出;以及铁电电容器,连接到浮置扩散节点,其中铁电电容器被配置为基于铁电电容器的转换增益模式来调整浮置扩散节点的转换增益,该转换增益模式包括第一转换增益模式、第二转换增益模式或第三转换增益模式。
[0011]根据本专利技术的一方面,一种图像感测系统包括:图像传感器,被配置为输出图像信号;以及图像信号处理器(ISP),电连接到图像传感器,并且被配置为从图像传感器接收图像信号并处理图像信号,其中图像传感器包括:光电转换器,被配置为响应于接收的光而将接收的光转换为电荷,并且将电荷提供给第一节点;转移晶体管,被配置为向浮置扩散节点提供第一节点的电压;复位晶体管,被配置为基于复位信号将浮置扩散节点的电压复位到驱动电压;以及铁电电容器,连接到浮置扩散节点,其中铁电电容器被配置为基于铁电电容
器的转换增益模式来调整浮置扩散节点的转换增益,该转换增益模式包括第一转换增益模式、第二转换增益模式或第三转换增益模式。
[0012]根据本公开的一方面,一种图像感测方法,其中提供了铁电电容器、第一晶体管和第二晶体管,该铁电电容器的一端连接到浮置扩散节点并且另一端连接到接地源,该第一晶体管的一端连接到铁电电容器的一端并且另一端连接到板线,该第二晶体管的一端连接到铁电电容器的一端并且另一端连接到浮置扩散节点,该方法包括:通过铁电电容器、第一晶体管和第二晶体管的操作来调整浮置扩散节点的转换增益,其中转换增益基于铁电电容器的转换增益模式来调整,该转换增益模式包括第一转换增益模式、第二转换增益模式或第三转换增益模式,其中在第一转换增益模式下,该图像感测方法包括在向浮置扩散节点提供响应于接收的光而生成的电荷之前的第一时间点导通第一晶体管,在第一时间点之后的第二时间点导通第二晶体管,并且在第一时间点向板线施加铁电电容器复位电压,其中在第二转换增益模式下,该图像感测方法包括在向浮置扩散节点提供响应于接收的光而生成的电荷之前的第三时间点导通第一晶体管并且在第三时间点之后的第四时间点截止第一晶体管,并且在第三时间点向板线施加第一铁电电容器复位电压并且在第三时间点和第四时间点之间的第五时间点向板线施加不同于第一铁电电容器复位电压的第二铁电电容器复位电压,并且其中在第三转换增益模式下,该图像感测方法包括截止第一晶体管和第二晶体管。
[0013]然而,本公开的方面不限于本文所述的方面。通过参考下面给出的对本公开的详细描述,本公开的上述和其它方面对于本公开所属领域的普通技术人员将变得更加明显。
[0014]应注意,本公开的效果不限于上述效果,并且本公开的其他效果将从以下描述中显而易见。
附图说明
[0015]通过结合附图进行的以下描述,本专利技术某些实施例的上述和其它方面、特征和优点将更加显而易见,其中:
[0016]图1是示出根据实施例的图像传感器的框图。
[0017]图2是根据实施例的图像传感器的单元像素的电路图。
[0018]图3至图6是用于描述根据实施例的图像传感器的单元像素的操作的电路图。
[0019]图7是根据实施例的图像传感器的单元像素的电路图。
[0020]图8是用于描述根据实施例的图像传感器的操作的曲线图。
[0021]图9是根据实施例的图像传感器中包括的单元像素的电路图。
[0022]图10是用于解释根据实施例的图像传感器的操作的时序图。
[0023]图11是用于解释根据实施例的图像传感器的操作的时序图。
[0024]图12是用于解释根据实施例的图像传感器的操作的时序图。
[0025]图13是根据实施例的图像传感器中包括的单元像素的电路图。
[0026]图14是用于解释根据实施例的图像传感器的操作的时序图。
[0027]图15是用于解释根据实施例的图像传感器的操作的时序图。
[0028]图16是用于解释根据实施例的图像传感器的操作的时序图。
[0029]图17是示出根据实施例的包括多相机模块的电子设备的框图。
[0030]图18是详细示出图17的相机模块的框图。
具体实施方式
[0031]下文将参考附图描述本公开的实施例。
[0032]可以理解,当一个元件或层被称为“在之上”、“在上面”、“在之下”、“在下面”、“连接到”或“耦合到”另一个元件或层时,它可以直接位于另一元件或层之上、之下、与其连接到或耦合,或者可能存在插入的元件或层。相比之下,当一个元件被称为“直接在之上”、“直接在上面”、“直接在之下”、“直接在下面”、“直接连接到”或“直接耦合到”另一个元件或层时,则不存在插入的元件或层。相同的数字在通篇中指相同的元件。
[0033]空间相对术语,如“之上”、“上面”、“上部”、“之下”、“下面”、“下部”等,可用于描述一个元件或特征与另一元件或特征之间的关系,如附图所示。应理解,空间相对术语旨在包括除附图中描绘的取向之外在使用或操作中的设备的不同取向。例如,如果图中的设备被翻转,则被描述为其它元件或特征的“之下”或“下面”的元件于是被取向为在本文档来自技高网
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种图像传感器,包括:光电转换器,被配置为响应于接收的光而将所述接收的光转换为电荷,并且将所述电荷提供给第一节点;转移晶体管,被配置为向浮置扩散节点提供所述第一节点的电压;复位晶体管,被配置为基于复位信号将所述浮置扩散节点的电压复位到驱动电压;源极跟随器晶体管,被配置为基于所述浮置扩散节点的电压来提供单元像素输出;选择晶体管,连接到所述源极跟随器晶体管,并且用选择信号选通,以向外部输出所述单元像素输出;和铁电电容器,连接到所述浮置扩散节点,其中,所述铁电电容器被配置为基于所述铁电电容器的转换增益模式来调整所述浮置扩散节点的转换增益,所述转换增益模式是第一转换增益模式、第二转换增益模式或第三转换增益模式。2.根据权利要求1所述的图像传感器,还包括:第一晶体管,一端连接到所述铁电电容器的一端,并且另一端连接到板线;和第二晶体管,一端连接到所述铁电电容器的所述一端,并且另一端连接到所述浮置扩散节点,其中,所述铁电电容器的所述另一端连接到接地源。3.根据权利要求2所述的图像传感器,其中,在所述第一转换增益模式下:所述第一晶体管在向所述浮置扩散节点提供所述第一节点的电压之前的第一时间点被导通,所述第二晶体管在所述第一时间点之后的第二时间点被导通,并且铁电电容器复位电压在所述第一时间点被施加到所述板线。4.根据权利要求3所述的图像传感器,其中,所述铁电电容器复位电压的幅度等于所述铁电电容器的负饱和电压值。5.根据权利要求2所述的图像传感器,其中,在所述第二转换增益模式下:所述第一晶体管在向所述浮置扩散节点提供所述第一节点的电压之前的第一时间点被导通,并且在所述第一时间点之后的第二时间点被截止,所述第二晶体管在所述第二时间点被导通,并且第一铁电电容器复位电压在所述第一时间点被施加到所述板线,并且不同于所述第一铁电电容器复位电压的第二铁电电容器复位电压在所述第一时间点和所述第二时间点之间的第三时间点被施加到所述板线。6.根据权利要求5所述的图像传感器,其中,所述第一铁电电容器复位电压在所述第一时间点的幅度等于所述铁电电容器的负饱和电压值,并且所述第二铁电电容器复位电压在所述第三时间点的幅度等于所述铁电电容器的正饱和电压值。7.根据权利要求2所述的图像传感器,其中,在所述第三转换增益模式下,所述第一晶体管和所述第二晶体管被截止。8.根据权利要求1所述的图像传感器,还包括:第一晶体管,一端连接到所述铁电电容器的一端,并且另一端连接到板线;和第二晶体管,一端连接到所述铁电电容器的另一端,并且另一端连接到所述浮置扩散
节点。9.根据权利要求1所述的图像传感器,其中,所述铁电电容器包括HFOx、HfO2/ZrO2、或者PbTiO3中的至少一个。10.一种图像感测系统,包括:图像传感器,被配置为输出图像信号;和图像信号处理器(ISP),电连接到所述图像传感器,并且被配置为从所述图像传感器接收所述图像信号并处理所述图像信号;其中,所述图像传感器包括:光电转换器,被配置为响应于接收的光而将所述接收的光转换为电荷,并且将所述电荷提供给第一节点,转移晶体管,被配置为向浮置扩散节点提供所述第一节点的电压,复位晶体管,被配置为基于复位信号将所述浮置扩散节点的电压复位到驱动电压,以及铁电电容器,连接到所述浮置扩散节点,其中,所述铁电电容器被配置为基于所述铁电电容器的转换增益模式来调整所述浮置扩散节点的转换增益,所述转换增益模式是第一转换增益模式、第二转换增益模式或第三转换增益模式。11.根据权利要求10所述的图像感测系统,还包括:第一晶体管,一端连接到所述铁电电容器的一端...

【专利技术属性】
技术研发人员:姜正淳金炫哲宋宇彬李炅奂
申请(专利权)人:三星电子株式会社
类型:发明
国别省市:

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