发明名称 CMOS影像感测器及其操作方法
摘要 本发明提供一种互补金属氧化物半导体(CMOS)影像感测器及其操作方法。该CMOS影像感测器包括:一像素阵列单元,其具有一像素矩阵,其中每一像素包含一用于将一光电转换元件中所收集之电荷转移至一电荷侦测元件的电荷转移元件;以及一列驱动单元,其用于在该光电转换元件之一电荷累积周期之一部分期间向该电荷转移元件供应一电压,其中该所供应之电压导致该电荷转移元件具有一负电位。
申请公布号 TWI296850 申请公布日期 2008.05.11
申请号 TW094138201 申请日期 2005.11.01
申请人 三星电子股份有限公司 发明人 南丁铉
分类号 H01L27/148(2006.01) 主分类号 H01L27/148(2006.01)
代理机构 代理人 詹铭文 台北市中正区罗斯福路2段100号7楼之1;萧锡清 台北市中正区罗斯福路2段100号7楼之1
主权项 1.一种互补金属氧化物半导体(CMOS)影像感测器,包 含: 一像素阵列单元,其具有一像素矩阵,其中每一像 素包含一用于将一光电转换元件中所收集之电荷 转移至一电荷侦测元件的电荷转移元件;以及 一列驱动单元,其用于在前述光电转换元件之一电 荷累积周期之一部分期间向前述电荷转移元件供 应一电压,其中前述所供应之电压导致前述电荷转 移元件具有一负电位。 2.如申请专利范围第1项所述之互补金属氧化物半 导体(CMOS)影像感测器,其中在前述电荷累积周期之 约100 ns至10 s之范围内供应前述电压。 3.如申请专利范围第1项所述之互补金属氧化物半 导体(CMOS)影像感测器,其中在前述光电转换元件之 前述电荷累积周期期间,前述列驱动单元向前述电 荷转移元件供应至少一次前述电压,其中前述所供 应之电压导致前述电荷转移元件具有一负电位。 4.如申请专利范围第1项所述之互补金属氧化物半 导体(CMOS)影像感测器,其中前述电荷转移元件为一 增强型MOS场效应电晶体(field-effect transistor)。 5.如申请专利范围第4项所述之互补金属氧化物半 导体(CMOS)影像感测器,其中导致前述电荷转移元件 具有一负电位之前述所提供之电压为0V。 6.如申请专利范围第1项所述之互补金属氧化物半 导体(CMOS)影像感测器,其中前述电荷转移元件为一 耗尽型MOS场效应电晶体。 7.如申请专利范围第6项所述之互补金属氧化物半 导体(CMOS)影像感测器,其中导致前述电荷转移元件 具有一负电位之前述所供应之电压为一负电压。 8.如申请专利范围第1项所述之互补金属氧化物半 导体(CMOS)影像感测器,其中未向前述电荷转移元件 供应导致前述电荷转移元件具有一负电位的前述 所供应之电压,而前述像素阵列单元之至少一列转 移前述光电转换元件之前述电荷。 9.如申请专利范围第1项所述之互补金属氧化物半 导体(CMOS)影像感测器,其中前述列驱动单元包含: 一驱动讯号控制部分,其供应一电荷转移处理讯号 ;以及 一耦合部分,其回应于一升压控制讯号而负升压前 述电荷转移处理讯号,并向前述电荷转移元件供应 导致前述电荷转移元件具有一负电位之前述电压 。 10.如申请专利范围第9项所述之互补金属氧化物半 导体(CMOS)影像感测器,其中前述升压控制讯号为一 用于属于前述像素阵列单元之多列之像素的通用 讯号。 11.如申请专利范围第9项所述之互补金属氧化物半 导体(CMOS)影像感测器,其中前述升压控制讯号为一 用于属于前述像素阵列单元之每一列之像素的通 用讯号。 12.如申请专利范围第9项所述之互补金属氧化物半 导体(CMOS)影像感测器,其中藉由前述电荷转移处理 讯号而将前述耦合部分充电,且前述耦合部分包含 一回应于前述升压控制讯号而抽汲电荷的升压电 容器。 13.如申请专利范围第12项所述之互补金属氧化物 半导体(CMOS)影像感测器,其中前述耦合部分更包含 一连接至前述升压电容器且调节一时间常数的电 阻器。 14.如申请专利范围第1项所述之互补金属氧化物半 导体(CMOS)影像感测器,其中前述光电转换元件为一 光电二极体、一光电晶体、一光闸、一钉札光电 二极体或其组合。 15.如申请专利范围第1项所述之互补金属氧化物半 导体(CMOS)影像感测器,其中每一像素更包含一用于 选择一待读取之像素的选择元件。 16.如申请专利范围第1项所述之互补金属氧化物半 导体(CMOS)影像感测器,其中每一像素更包含一用于 重设前述电荷侦测元件的重设元件。 17.如申请专利范围第1项所述之互补金属氧化物半 导体(CMOS)影像感测器,其中每一像素更包含一用于 将一对应于前述电荷侦测元件之一电位之讯号输 出至一垂直讯号线的放大元件。 18.一种用于操作CMOS影像感测器之方法,包括: 在一光电转换元件之一电荷累积周期之一部分期 间向一电荷转移元件供应一电压,其中前述所供应 之电压导致一电荷转移元件具有一负电位;以及 启动前述电荷转移元件并将前述光电转换元件中 所收集之电荷转移至一电荷侦测元件。 19.如申请专利范围第18项所述之用于操作CMOS影像 感测器之方法,其中在向前述电荷转移元件供应一 电压的前述步骤中,在前述电荷累积周期之约100 ns 至10 s之范围内供应前述电压。 20.如申请专利范围第18项所述之用于操作CMOS影像 感测器之方法,其中在向前述电荷转移元件供应一 电压的前述步骤中,在前述光电转换元件之前述电 荷累积周期期间向前述电荷转移元件供应至少一 次导致前述电荷转移元件具有一负电位的前述所 供应之电压。 21.如申请专利范围第18项所述之用于操作CMOS影像 感测器之方法,其中前述电荷转移元件为一增强型 MOS场效应电晶体。 22.如申请专利范围第21项所述之用于操作CMOS影像 感测器之方法,其中导致前述电荷转移元件具有一 负电位之前述所供应之电压为0V。 23.如申请专利范围第18项所述之用于操作CMOS影像 感测器之方法,其中前述电荷转移元件为一耗尽型 MOS场效应电晶体。 24.如申请专利范围第23项所述之用于操作CMOS影像 感测器之方法,其中导致前述电荷转移元件具有一 负电位之前述所供应之电压为一负电压。 25.如申请专利范围第18项所述之用于操作CMOS影像 感测器之方法,更包括在将前述光电转换元件中所 收集之前述电荷转移至前述电荷侦测元件之前重 设前述光电转换元件。 26.如申请专利范围第18项所述之用于操作CMOS影像 感测器之方法,更包括将一对应于前述光电转换元 件之一电位之讯号输出至一垂直讯号线,其中前述 电位是藉由将前述电荷转移至彼处而形成。 27.如申请专利范围第18项所述之用于操作CMOS影像 感测器之方法,更包括保持或取样一像素之一杂讯 位准以及一讯号位准并输出一预定差値位准讯号 。 28.如申请专利范围第27项所述之用于操作CMOS影像 感测器之方法,更包括将前述预定差値位准讯号转 换为一数位讯号。 图式简单说明: 图1为说明根据本发明之一实施例之互补金属氧化 物半导体(CMOS)影像感测器的方块图。 图2展示图1之CMOS影像感测器之像素的电路图。 图3为图1之CMOS影像感测器之像素的示意性平面图 。 图4展示沿图3中所示之IV-IV'线所取的横截面图。 图5A及5B展示说明图1之CMOS影像感测器之电荷转移 元件之特征的视图。 图6展示说明图1之CMOS影像感测器之耦合部分的电 路图。 图7为图6之耦合部分的时序图。 图8为图1之CMOS影像感测器的时序图。 图9展示图1之CMOS影像感测器的示意图及电位图。 图10展示说明图1之CMOS影像感测器之特征的视图。
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