一种用于抗辐射CMOS图像传感器的有源像素结构，有补偿管M14的栅极连接补偿信号，复位管M11的栅极连接复位信号，选通管M13的栅极连接选通信号，补偿管M14的源极、复位管M11的漏极和晶体管M12的漏极均连接电源VDD，补偿管M14的漏极、复位管M11的源极、晶体管M12的栅极和光电二极管PD的N极连在一起，晶体管M12的源极连接选通管M13的漏极，选通管M13的源极连接电流源I的输入端，电流源I的输出端接地，所述的光电二极管PD的P端接地。本发明专利技术的用于抗辐射CMOS图像传感器的有源像素结构，可以降低PD自身暗电流对图像质量的影响。同时，本发明专利技术的像素可以在总剂量辐照强度较大环境下正常工作，即使有源像素能够工作在强辐照的环境下。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种有源像素。特别是涉及一种用于抗辐射CMOS图像传感器的有源像素结构。
技术介绍
无论在航天工程、国防建设都需要具有抗辐射性能的集成电路，CMOS图像传感器和CCD图像传感器是现阶段常用的两大类图像传感器。由于CMOS图像传感器，在抗辐照的性能方面优于CCD像素；CM0S抗辐照图像传感器在航天和国防领域有着广泛的应用前景。但是在辐照条件下，通用CMOS的图像传感器中像素的暗电流会随着辐照强度成指数增长。通过抗辐照加固设计可以增加像素的抗辐照特性，但是由于种种原因，该技术一直对外保密。在辐照条件下，普通结构的有源像素(包括3T、4T和其他类型的像素)，会产生暗电流。暗电流的大小与总剂量辐照强度和单粒子的位移损伤有关，暗电流的大小随着辐照强度成指数关系增长。在辐照条件下，照射在PN结上电磁波包括有主要有可见光和总剂量辐照。在一般的辐照环境下，总剂量辐照的能量要大于可见光，总剂量辐照射线的量子效率要大于可见光。因此总剂量辐照引起的暗电流要大于可见光引起的暗电流，同时远远大于H)管自身的暗电流。对于通用图像传感器，在0.5KGy的总剂量辐照强度下，总剂量辐照引起的暗电流可以完全淹没由可见光强产生的电流。因此，CMOS图像传感器的用于像素需要经过特殊设计才可以用于强辐照环境下。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是，提供一种能够削弱甚至消除辐照所产生的暗电流的影响，使有源像素能够工作在强辐照环境下的用于抗辐射CMOS图像传感器的有源像素结构。本专利技术所采用的技术方案是:一种用于抗辐射CMOS图像传感器的有源像素结构，包括有光电二极管PD、复位管Ml 1、晶体管M12和选通管M13，还设置有补偿管M14和电流源I，其中，所述的补偿管M14的栅极连接补偿信号，复位管Mll的栅极连接复位信号，选通管M13的栅极连接选通信号，补偿管M14的源极、复位管Mll的漏极和晶体管M12的漏极均连接电源VDD，补偿管M14的漏极、复位管Mll的源极、晶体管M12的栅极和光电二极管H)的N极连在一起，晶体管M12的源极连接选通管M13的漏极，选通管M13的源极连接电流源I的输入端，电流源I的输出端接地，所述的光电二极管ro的P端接地。所述的晶体管M13的源极为输出信号端。所述的补偿信号是由补偿信号产生电路产生，所述的补偿信号产生电路包括有N个晶体管Ml 丽、N个光电二极管PDl PDN和一个缓冲器F，其中，每一个晶体管的漏极对应连接一个光电二极管的N极，所述的N个晶体管Ml 丽的源极均连接电源VDD，N个晶体管Ml 丽的栅极和漏极连接在一起，并与所述的N个光电二极管PDl PDN的N极一起连接缓冲器F的输入端，所述的N个光电二极管PDl PDN的P极均接地，缓冲器F的输出端连接有源像素结构的补偿管M14的栅极，来为其提供电流偏置。所述的N个晶体管Ml 丽是P型MOS晶体管。本专利技术的用于抗辐射CMOS图像传感器的有源像素结构，可以降低H)自身暗电流对图像质量的影响。同时，本专利技术的像素可以在总剂量辐照强度较大环境下正常工作，即使有源像素能够工作在强辐照的环境下。附图说明图1是本专利技术的抗辐照有源像素的电路原理图；图2是本专利技术的抗辐照有源像素的信号产生电路原理图；图3是抗辐照有源像素的二维截面示意图；图4是抗辐照有源像素补偿信号产生电路基本单元的二维截面示意图。具体实施例方式下面结合实施例和附图对本专利技术的用于抗辐射CMOS图像传感器的有源像素结构做出详细说明。本专利技术提出了一种有源像素的暗电流消除的电路结构，该电路结构可以抑制甚至消除暗电流，尤其对较大暗电流的像素，效果更加明显。对于传统的三管P型衬底有源像素来说，包括光电二极管、复位管、源跟随管和选通管。复位管漏极接电源，源极接光电二极管的N端，光电二极管的P端接地。源跟随管的漏极接电源，栅极接复位管的源极，源极接选通管的漏极。四管有像素是在光电二极管的N端和复位管之间又接了一个晶体管，该晶体被称为传输管。该方法适合三管、四管等结构的像素，衬底掺杂可以使P型也可以是N型。在像素正常工作模式下，流过光电二极管中的电流包括光电二极管自身产生的暗电流，由辐照引起的暗电流和可见光强引起的光生电流。在强辐照环境下，为了实时地补偿像素的暗电流，需要在像素中加入一个PMOS晶体管，该PMOS晶体管的源极接VDD，漏极接光电二极管的N极，PMOS管的栅极加上一个合适的补偿信号，该补偿信号控制流过PMOS管源漏之间的电流，使该电流的大小等于ro管中所有暗电流的总和，包括ro管自身产生的暗电流和辐照引起的暗电流。如图1所示，本专利技术的用于抗辐射CMOS图像传感器的有源像素结构，包括有光电二极管H)、补偿管M14、复位管Ml1、晶体管M12、选通管M13和电流源I，其中，所述的补偿管M14的栅极连接补偿信号，复位管Mll的栅极连接复位信号，选通管M13的栅极连接选通信号，补偿管M14的源极、复位管Mll的漏极和晶体管M12的漏极均连接电源VDD，补偿管M14的漏极、复位管Mll的源极、晶体管M12的栅极和光电二极管H)的N极连在一起，晶体管M12的源极连接选通管M13的漏极，选通管M13的源极连接电流源I的输入端，电流源I的输出端接地，所述的光电二极管H)的P端接地。所述的晶体管M13的源极为输出信号端。图1中，流过补偿管M14源漏之间的电流成为IDarit，流过光电二极管ro的电流是IDaA+ISignal，光电二极管PD可以接受可见光和总剂量辐照。该结构像素与传统的3T像素相t匕，多了 P型补偿管M14和一个输入补偿信号。在辐照条件下，补偿管M14中流过的电流与总剂量辐照引起的暗电流相等，可以实时地对光电二极管ro进行暗电流补偿。流过光电二极管ro中的暗电流与流过补偿管M14的电流相等。在一定范围的暗电流，都可以进行实时补偿。由于工艺的限制，电流镜中PMOS晶体管阈值电压会有一定的失配。阈值电压的失配会造成像素之间补偿电流的差异，如果该差异电流的大小远大于光电二极管ro自身的暗电流，则该差异电流是影响图像质量的主要因素，那么这种方法在该条件下会有其局限性。在辐照条件下，APS图像传感器的暗电流会很大，要远大于补偿PMOS晶体管失配造成的电流差异，本专利技术的用于抗辐射CMOS图像传感器的有源像素结构可以有效地消除有源像素的暗电流。本专利技术提出的像素结构还需要一个额外的补偿信号电压产生电路来为像素中的补偿管M14提供电流偏置。该电路可以集成在CMOS图像传感器芯片上。可以把一些像素阵列的正上方用铝板覆盖，该铝板可以滤除可见光，但不能阻挡总剂量辐照射线(X实现、β实现和Y射线等)的穿透。为了减少总剂量辐照在铝板中的能量损失，要把铝板的厚度做的尽可能薄。如图2的示，所述的补偿信号是由补偿信号产生电路产生，所述的补偿信号产生电路包括有N个晶体管Ml 丽、N个光电二极管PDl PDN和一个缓冲器F，所述的N个晶体管Ml MN是P型MOS晶体管。其中，每一个晶体管的漏极对应连接一个光电二极管的N极，所述的N个晶体管Ml 丽的源极均连接电源VDD，N个晶体管Ml 丽的栅极和漏极连接在一起，并与所述的N个光电二极管PDl TON的N极一起连接缓冲器F的输入端，所述的N个光电二极管PDl PDN的P极均接地本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种用于抗辐射CMOS图像传感器的有源像素结构，包括有光电二极管PD、复位管M11、晶体管M12和选通管M13，其特征在于，还设置有补偿管M14和电流源I，其中，所述的补偿管M14的栅极连接补偿信号，复位管M11的栅极连接复位信号，选通管M13的栅极连接选通信号，补偿管M14的源极、复位管M11的漏极和晶体管M12的漏极均连接电源VDD，补偿管M14的漏极、复位管M11的源极、晶体管M12的栅极和光电二极管PD的N极连在一起，晶体管M12的源极连接选通管M13的漏极，选通管M13的源极连接电流源I的输入端，电流源I的输出端接地，所述的光电二极管PD的P端接地。
【技术特征摘要】
1.一种用于抗辐射CMOS图像传感器的有源像素结构，包括有光电二极管ro、复位管Mil、晶体管M12和选通管M13，其特征在于，还设置有补偿管M14和电流源I，其中，所述的补偿管M14的栅极连接补偿信号，复位管Ml I的栅极连接复位信号，选通管M13的栅极连接选通信号，补偿管M14的源极、复位管Mll的漏极和晶体管M12的漏极均连接电源VDD，补偿管M14的漏极、复位管Mll的源极、晶体管M12的栅极和光电二极管H)的N极连在一起，晶体管M12的源极连接选通管M13的漏极，选通管M13的源极连接电流源I的输入端，电流源I的输出端接地，所述的光电二极管ro的P端接地。2.根据权利要求1所述的用于抗辐射CMOS图像传感器的有源像素结构，其特征在于，所述的晶体管M13的源极为输出...
【专利技术属性】
技术研发人员：高静，杨玉红，徐江涛，姚素英，史再峰，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：
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