【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及半导体集成电路领域，特别涉及一种光电原位有源像素传感器(photoelectron in-situ sensing device，pisd)图像传感器。本专利技术还涉及一种pisd图像传感器的图像信息采集方法。
技术介绍
1、现有传统的光电传感技术已经成熟并广泛应用，其中以电荷耦合器件ccd和cmos图像传感器为代表。然而，这两种代表性光电传感技术在集成度、功耗、量子效率等方面存在无法克服的劣势。
2、为了克服这些劣势，一种全新的光电传感器技术——全耗尽绝缘层上硅衬底(soi)的光电原位有源像素传感器(pisd)得到了广泛关注。该传感器基于soi衬底，利用soi特有的界面耦合效应作为光电传感机理，实现了单晶体管的光电原位有源像素传感(1t-aps)。
3、对于p衬底n型pisd结构，当背栅施加负电压脉冲时，在氧化埋层/衬底界面下方形成深度耗尽区(正空间电荷区)。当光照射时，该耗尽区内的光生电子受耗尽区电场作用流向并聚集在氧化埋层/衬底界面下方。由于界面耦合效应，这股聚集的负电荷将增大顶层硅沟道的阈值电压即形成于顶层硅中的nmos的阈值电压，降低输出电流和源极输出电压。因此，光信号的变化最终反映在管子的端口输出电压变化上，从而实现了光电传感。据报道，pisd灵敏度高达1.5v/(μj/cm2)，表现出极高的性能水平。pisd是一种新型的光电传感器件，它的紧凑结构使得它具有高度集成和低功耗的自然优势。它不仅可以用于测量光信号，还可以用于电信号的测量和处理。在工作过程中，它可以实现光电传感、电荷积
4、由于pisd具有独特的工作机理，使得它可以在高频率下工作，同时具有低噪声和高灵敏度的特点。这些优势使得pisd在医疗、环保、智能家居、自动化等领域具有广泛的应用前景。例如，它可以应用于医疗器械中，用于监测生命体征；也可以应用于智能家居系统中，用于实现光控灯光和智能窗帘等功能。
5、此外，由于pisd采用了先进的制造技术，其生产成本也相对较低，因此可以降低传感器件的制造成本，进一步增强其市场竞争力。综合来看，pisd作为一种新型的光电传感器件，具有巨大的潜在市场应用价值，将成为未来传感器技术发展的一个重要方向。
技术实现思路
1、本专利技术所要解决的技术问题是提供一种pisd图像传感器，能实现灵敏度高和填充因子大的阵列结构。为此，本专利技术还提供一种pisd图像传感器的图像信息采集方法。
2、为解决上述技术问题，本专利技术提供的pisd图像传感器的阵列结构包括多个阵列单元组。
3、所述阵列单元组包括：
4、由多个pisd器件进行行列排列形成的像素块，各像素由对应的所述pisd器件组成，所述像素块具有m行以及n列，m大于等于2，n大于等于2。
5、同一行的各所述pisd器件的栅极都连接到同一行线。
6、同一列的各所述pisd器件的源极连接到同一列线，各所述列线和一个负载晶体管串联。
7、n个列的各所述负载晶体管排列成一行并组成负载行。所述负载晶体管的结构和所述pisd器件的第一mos晶体管的结构相同。
8、所述像素块中的各所述pisd器件的漏极连接在一起并连接到漏极电压端。
9、所述像素块中的各所述pisd器件的衬底电极连接在一起并连接到衬底电压端。
10、各所述负载晶体管的栅极也连接到所述漏极电压端。
11、各所述负载晶体管的漏极作为第一信号输出端。
12、各所述列线设置有列选单元，所述列选单元的控制端连接列选择信号端。
13、各所述行线连接对应的行线信号端。
14、进一步的改进是，各列的所述第一信号输出端连接到一个adc电路的输入端，所述adc电路的输出端作为第二信号输出端。
15、进一步的改进是，所述pisd器件形成区域中，soi衬底的半导体主体层具有第二导电类型掺杂，所述第一mos晶体管形成于所述soi衬底的半导体顶层中，所述第一mos晶体管的沟道载流子的导电类型为第一导电类型。
16、在所述负载晶体管形成区域中，所述soi衬底的半导体主体层具有第一导电类型掺杂，所述负载晶体管形成于所述soi衬底的半导体顶层中。
17、进一步的改进是，同一列的各所述pisd器件的源极和所述负载晶体管之间通过第0层金属线连接。
18、各所述pisd器件的漏极和各所述负载晶体管的栅极之间通过第0层金属线连接。
19、同一行的各所述pisd器件的栅极之间通过第1层金属线连接。
20、进一步的改进是，各所述列选单元包括列选开关，所述列选开关串联在所述列线上，所述列选择开关的栅极作为所述列选单元的控制端。
21、进一步的改进是，第一导电类型为n型，第二导电类型为p型；或者，第一导电类型为p型，第二导电类型为n型。
22、进一步的改进是，当第一导电类型为n型以及第二导电类型为p型时，各所述负载晶体管的源极和衬底电极连接在一起并接地。
23、为解决上述技术问题，本专利技术提供的pisd图像传感器的图像信息采集方法包括如下步骤：
24、步骤一、在所述漏极电压端接各所述pisd器件工作时所需要的漏极电压。
25、步骤二、在所述衬底电压端连接一个耗尽电压使各所述pisd器件的感光结构的半导体主体层耗尽并形成耗尽区。
26、步骤三、第一次采集各所述pisd器件对应的像素的电流，将第一次采集的电流作为暗电流。
27、所述第一次采集中，通过行选择和列选择实现对各所述像素的选定。
28、所述行选择包括：在选定行对应的所述行线信号端加使各所述pisd器件导通的栅极电压。
29、所述列选择包括：在选定列对应的所述列选择信号端加列选择信号使所述列选单元导通并从而使所述列线和所述负载晶体管的串联路径导通。
30、步骤四、将光照开启，各所述像素中由所述光照产生的光生载流子在所述耗尽区内积分并聚焦在所述pisd器件的介质埋层和所述半导体主体层的界面处。
31、步骤五、第二采集各所述pisd器件对应的像素的电流。
32、将第二次采集的电流作为光电流，将所述像素的所述光电流减去所述暗电流得到对应的光强信号。
33、所述第二次采集中，通过行选择和列选择实现对各所述像素的选定。
34、进一步的改进是，所述第一次采集和所述第二次采集中，选定各所述像素的循环步骤相同且包括：
35、从第1行至第m行中依次选择1行作为所述选定行，之后对所述选定行做所述行选择操作。
36、在每完成一个所述选定行的所述行选择操作后，都进行如下列循环：
37、从第1列到第n列，依次将各列作为选定列并对所述选定列做所述列选择操作。
38、进一步的改进是本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种PISD图像传感器，其特征在于，阵列结构包括多个阵列单元组；
2.如权利要求1所述的PISD图像传感器，其特征在于：各列的所述第一信号输出端连接到一个ADC电路的输入端，所述ADC电路的输出端作为第二信号输出端。
3.如权利要求1所述的PISD图像传感器，其特征在于：所述PISD器件形成区域中，SOI衬底的半导体主体层具有第二导电类型掺杂，所述第一MOS晶体管形成于所述SOI衬底的半导体顶层中，所述第一MOS晶体管的沟道载流子的导电类型为第一导电类型；
4.如权利要求3所述的PISD图像传感器，其特征在于：
5.如权利要求1所述的PISD图像传感器，其特征在于：各所述列选单元包括列选开关，所述列选开关串联在所述列线上，所述列选择开关的栅极作为所述列选单元的控制端。
6.如权利要求3所述的PISD图像传感器，其特征在于：第一导电类型为N型，第二导电类型为P型；或者，第一导电类型为P型，第二导电类型为N型。
7.如权利要求6所述的PISD图像传感器，其特征在于：当第一导电类型为N型以及第二导电类型为P型时
8.采用如权利要求1所述的PISD图像传感器的图像信息采集方法，其特征在于，包括如下步骤：
9.如权利要求8所述的PISD图像传感器的图像信息采集方法，其特征在于：所述第一次采集和所述第二次采集中，选定各所述像素的循环步骤相同且包括：
10.如权利要求9所述的PISD图像传感器的图像信息采集方法，其特征在于：各列的所述第一信号输出端连接到一个ADC电路的输入端，所述ADC电路的输出端作为第二信号输出端。
11.如权利要求9所述的PISD图像传感器的图像信息采集方法，其特征在于：所述PISD器件形成区域中，SOI衬底的半导体主体层具有第二导电类型掺杂，所述第一MOS晶体管形成于所述SOI衬底的半导体顶层中，所述第一MOS晶体管的沟道载流子的导电类型为第一导电类型；
12.如权利要求11所述的PISD图像传感器的图像信息采集方法，其特征在于：
13.如权利要求9所述的PISD图像传感器的图像信息采集方法，其特征在于：各所述列选单元包括列选开关，所述列选开关串联在所述列线上，所述列选择开关的栅极作为所述列选单元的控制端。
14.如权利要求11所述的PISD图像传感器的图像信息采集方法，其特征在于：第一导电类型为N型，第二导电类型为P型；或者，第一导电类型为P型，第二导电类型为N型。
15.如权利要求14所述的PISD图像传感器的图像信息采集方法，其特征在于：当第一导电类型为N型以及第二导电类型为P型时，各所述负载晶体管的源极和衬底电极连接在一起并接地。
16.如权利要求15所述的PISD图像传感器的图像信息采集方法，其特征在于：
...【技术特征摘要】
1.一种pisd图像传感器，其特征在于，阵列结构包括多个阵列单元组；
2.如权利要求1所述的pisd图像传感器，其特征在于：各列的所述第一信号输出端连接到一个adc电路的输入端，所述adc电路的输出端作为第二信号输出端。
3.如权利要求1所述的pisd图像传感器，其特征在于：所述pisd器件形成区域中，soi衬底的半导体主体层具有第二导电类型掺杂，所述第一mos晶体管形成于所述soi衬底的半导体顶层中，所述第一mos晶体管的沟道载流子的导电类型为第一导电类型；
4.如权利要求3所述的pisd图像传感器，其特征在于：
5.如权利要求1所述的pisd图像传感器，其特征在于：各所述列选单元包括列选开关，所述列选开关串联在所述列线上，所述列选择开关的栅极作为所述列选单元的控制端。
6.如权利要求3所述的pisd图像传感器，其特征在于：第一导电类型为n型，第二导电类型为p型；或者，第一导电类型为p型，第二导电类型为n型。
7.如权利要求6所述的pisd图像传感器，其特征在于：当第一导电类型为n型以及第二导电类型为p型时，各所述负载晶体管的源极和衬底电极连接在一起并接地。
8.采用如权利要求1所述的pisd图像传感器的图像信息采集方法，其特征在于，包括如下步骤：
9.如权利要求8所述的pisd图像传感器的图像信息采集方法，其特征在于：所述第一次采集...
【专利技术属性】
技术研发人员：万景，蒋玉龙，王久赫，曹永峰，黄冠群，周利民，雷海波，
申请(专利权)人：上海华力集成电路制造有限公司，
类型：发明
国别省市：
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