CN100499145C - 具有层叠式雪崩倍增层和低电压读出电子电路的cmos aps - Google Patents

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Abstract

在利用电荷倍增光转换元件的图像传感器中，第一个发明性特征通过在像素电路中的光转换元件和存储元件(光转换元件产生的电荷在该处积累)之间连接保护电路，来保护像素电路免于击穿，该击穿由来自光转换元件的过量电压所致。光转换元件的响应与图像传感器中所检测的光强度成反比，这使得由光转换元件输出的信号电压随着所检测光强度的增加而减小。第二个发明性特征通过在像素电路中结合输出控制电路来说明该反比关系，该输出控制电路固定光转换元件的输出电压电平，以便在光敏元件两端维持恒定的电势。可选地，像素电路能够同时包括这种类型的输出控制电路和保护电路。

Description

具有层叠式雪崩倍增层和低电压读出电子电路的CMOS APS
技术领域
本发明涉及图像传感器，其使用层叠式雪崩倍增层来放大被像素电路俘获的光的强度。
背景技术
随着数字图像装置(例如数码相机)的日益流行，日益需要更高的图像分辨率和此类装置的日益紧凑的设计。由于受紧凑设计的外壳中的内部空间的限制，必须减小装置中电子电路的尺寸，包括图像传感器的尺寸。然而，一旦减小了图像传感器的尺寸，分辨率和图像传感器输出的信号电平之间必须有一个折衷。如果当减小图像传感器的尺寸时分辨率保持不变，则每个像素的尺寸必须被成比例地减小。更小的像素导致图像曝光过程中被每个像素收集的电荷数量减少，而这又减小了图像传感器的灵敏度。尽管灵敏度减小的效果可以通过增加积分(曝光)时间来补偿，但这是一种不理想的“解决方案”，因为增加积分时间还增加了这种可能性，那就是一旦在曝光过程中图像对象或者装置发生移动就会得到模糊的图像。另一方面，为了在不必增加积分时间的条件下保持灵敏度不变，像素必须做得更大，而这限制了分辨率。
一种同时获得更紧凑尺寸和高图像质量的解决方案在T.Watabe等人撰写的“CMOS Image Sensor Overlaid with a HARPPhotoconversion Layer(由HARP光转换层覆盖的CMOS图像传感器)”一文中公开，该文出版在1999 IEEE Workshop on Charge-CoupledDevices and Advanced Image Sensors的第211-214页。该图像传感器中，如图1A和1B所示，像素电路902被一层叠式电荷倍增光转换层(例如高增益雪崩急流非晶光导体(“HARP”)(high-gainavalanche rushing amorphous photoconductor)光转换层904)覆盖，用来放大每个像素产生的光信号。
当光子906击中HARP层904的上表面908时，电荷910以空穴的形式产生并且被放大成其原始水平的很多倍，同时通过HARP层904被推到底侧912。像素电路902与HARP层904的底侧912电连接，使得放大的光信号910在一到达HARP层904的底侧912时就作为电荷被引导到像素电路902中。电荷在像素电路中的存储节点914积累，直到通过激活行选择开关916的栅极读出像素数据。积累在节点914的电荷数量与所检测到的光906的强度成正比，并且该电荷数量被读出。通过这种方式，图1A和1B所示的图像传感器允许每个像素都俘获这样的图像数据，所述图像数据所具有的强度和灵敏度等于大得多的没有雪崩倍增能力的像素可获得的强度和灵敏度。因此，使用HARP层能使图像质量改善，而不必增大图像传感器阵列的尺寸。
为了获得HARP层中的雪崩倍增，需要大约106V/cm的电场，这需要在HARP层上施加50-100V的工作电压。在通常的HARP图像传感器中，连接在HARP层之下的像素电路使用低于8v的电压，而像素电路的击穿电压一般为20V左右。当图像传感器上的入射光的强度在电荷倍增光转换层的检测范围的上限时，积累在HARP层之下的存储二极管处的电压电平接近施加在HARP层上的工作电压。因此，当图像传感器暴露于强光时，可能有50-100V的电压施加在存储二极管上，导致像素电路读出部件的击穿。
为解决该问题，做出了各种尝试以建立具有更高的击穿容限的像素电路。这种高容限像素电路的一个例子在上面提到的T.Watabe等人的文章中被公开，其中，像素电路被构造为具有双漏极结构的MOS晶体管。该结构如图2所示，其中，在p掺杂的硅层922中形成的n掺杂漏极包括一个低剂量n-区域924，该区域924环绕着常规的高剂量n+区域926。所示出的双漏极MOS晶体管结构获得的耐受电压仅不到60V。然而，形成双漏极MOS晶体管需要特殊的MOS制造工艺，并且MOS晶体管的尺寸使得它很难获得小像素尺寸以用于高分辨率图像传感器。
典型的HARP图像传感器遭遇的另一个问题是当存储节点处的电压电平升高时，施加在光转换层上的有效电压下降，这影响了光转换层的电荷倍增功能。例如，在如图1A和1B所示的配置中，随着代表检测光的电荷从HARP层904流出并在存储二极管的节点914上积累，节点914处的电压增加，导致施加在HARP层904上的工作电压Vtarget与存储节点914之间的电势差减小。结果是像素信号饱和和非线性响应，所述非线性相应是其中由成像装置记录的信号电平不能正确地在像素输出中表示。
为解决该问题，有必要寻求一种方法，要么通过考虑电荷倍增光转换层上的有效工作电压的损失，要么通过致力于在高亮度条件下减小放大率，以便在明亮光和在弱光条件下将光信号的强度放大相同的量。
发明内容
本发明的第一个方面通过在与HARP层相连接的像素电路中引入保护电路，来减轻与在明亮光条件下可能由HARP层产生的高电压有关的问题。当像素电路中的电压响应于图像传感器暴露于强光而达到施加到电荷倍增光转换层的工作电压时，保护电路防止像素电路被击穿。特别是，本发明的保护电路可以被设计成几种配置中的任何一种，其中，从电荷倍增光转换层进入像素电路的超过预定阈值电压电平的额外电压在到达存储节点和其下游的其它低电压部件以前被耗散。
本发明的第二方面是通过在与电荷倍增光转换层相连接的像素电路中引入输出控制电路，来解决的像素饱和以及从电荷倍增光转换层输出的图像信号非线性放大问题。优选的，该输出控制电路被构造为至少包括运算放大器的电荷跨阻放大器(CTIA)电路，其中，CTIA用来固定存储节点处的电压电平，进而在电荷倍增光转换层上维持一个恒定的有效工作电势。
在根据本发明的输出控制电路的一个示例性实施例中，光转换元件上的有效电压维持在一个恒定的电平，以便在光转换元件的整个操作范围上提供线性输出。根据本发明的输出控制电路的另一个示例性实施例也固定了光转换元件两端的电压，并且还进一步用对数压缩了从光转换元件获得的图像信号。输出控制电路的第三示例性实施例提供了在弱光条件下的线性输出信号，直到来自光转换元件的电流到达一个预定的阈值，在该阈值上输出控制电路将该输出转换成明亮光条件下的对数信号。可选地，该最后一种实施例的输出控制电路可以被构造成使得线性和对数输出特性之间的阈值是可调的。
本发明的这些和其他特征和优势将在下面参照附图提供的本发明的详述中得以更清晰的阐述。
附图说明
图1A是本领域中已知的具有电荷倍增光转换层的图像传感器中的一个像素的剖面图；
图1B是图1A所示像素配置的电路图；
图2是本领域中已知的双漏极MOS晶体管的剖面图；
图3说明了可用于本发明的可供选择的光转换元件；
图4是根据本发明的第一优选实施例的电路图；
图5是根据本发明的第二优选实施例的电路图；
图6是根据本发明的第三优选实施例的电路图；
图7是根据本发明的第四优选实施例的电路图；
图8是根据本发明的第五实施例的电路图；
图9是根据本发明的第六实施例的电路图；
图10是根据本发明的第七实施例的电路图；
图11是说明通过图10所示实施例所获得的转换特性的曲线图；
图12是根据本发明的第八实施例的电路图；
图13是根据本发明的第九实施例的电路图；
图14是结合了本发明的成像设备的一个例子；以及
图15示出了与本发明成像设备通信的处理系统。
具体实施方式
本发明的第一方面保护与HARP层相连接的像素电路，以使其在明亮光条件下不被从HARP层传递给像素电路的高电压击穿。通过在其中结合保护电路来保护象素电路不被击穿，所述保护电路防止高于预定阈值电压的过量电压到达该保护电路下游的象素电路的部件。下面参照图4-7来描述根据本发明这个方面的像素结构，图4-7示出了提供上述能力的保护电路的4个示例性实施例。
本发明的第一个典型实施例如图4所示，其与图1B所示的像素配置的相似之处在于包括电荷(空穴)倍增光转换层102，该层在其上极板处与电压Vtarget相连，并且在其下极板处与存储元件510的存储节点104相连。该实施例中，存储元件510以存储二极管106的形式提供。尽管电荷倍增光转换层优选的是高增益雪崩急流非晶光导体(HARP)光转换层，但是也可使用其它用于检测光信号和执行光信号的光转换并随后或者同时放大产生的电荷的结构。存储节点104是存储二极管106的阴极，该存储二极管106用于积累与在图像传感器积分时间期间收集的图像数据相对应的电荷。输出电路500位于节点104的下游并与节点104相连接，用于读出在存储二极管106处积累的电荷。如图4所示，输出电路500可以被简单地构造为行选择晶体管108。
存储二极管106的阳极接地，以便在节点104处的电压高于地连接时，阻止电流流经二极管106，因为信号电荷是空穴，所以当从电荷倍增光转换层102接收图像信号时情况总是这样。这样，对于存储二极管106，只要行选择晶体管108断路，作为光检测的结果从电荷倍增光转换层102流出的电荷就将在节点104上积累。
输出电路500的行选择晶体管108与列读出线110相连接，使得当行选择晶体管108的栅极闭合时，存储节点104上的电荷被传送到列读出线110。当包含相关像素的列线被激活时，来自像素的图像数据被从像素电路100传送到图像处理器，在其中，所述电荷与从图像传感器阵列中的其它像素读出的数据一起被转换成图像数据，以便构造输出图像。
为了防止节点104上积累的电荷到达存储二极管106或者行选择晶体管108的击穿点，保护电路520包括保护二极管112，该保护二极管112的阳极与存储二极管106的节点104相连接。保护二极管112的阴极与电压Vdd相连，以便当存储节点104上的电压到达Vdd的电平时，任何从电荷倍增光转换层102到达的额外电压被从节点104泄放到电压源Vdd。这样，保护二极管112用来将节点104处的电压限制到Vdd。
一旦电压被从节点104通过保护二极管112泄放，代表在电荷倍增光转换层102能力范围上限检测到的光强度的图像数据将丢失。这样，源Vdd处的电压电平应被设置为在使得在层102检测范围上限获得的图像数据丢失的可能最小化与将节点104处的电压限制到一个合适的电平二者之间取得平衡，节点104处的电压被限制是为了避免存储二极管106和行选择晶体管108被击穿。
本发明的第二个典型实施例如图5所示，其与第一实施例中的像素电路一样，除了存储元件510被实现为存储电容器202而不是存储二极管。优选的，存储电容器202的每单位面积具有大电容值，更为优选的，其范围在2-5fF/μ2c。相对于使用存储二极管来说，这样一个电容器在提供更高的电容值同时减少了电荷存储区域所需的空间。
本实施例中，来自电荷倍增光转换层204的电荷存储在电容器202中，直到电容器206的电压到达Vdd。然后，从电荷倍增光转换层204流向节点206的额外电压被引导经过保护电路520的保护二极管208，以使得电容器202中存储的电荷维持约Vdd的电压。
本发明的第三个典型实施例如图6所示，其与第一实施例的像素电路一样，不同之处在于该保护电路520的保护二极管用一个n-MOS晶体管302代替。晶体管302的漏极和栅极都与存储元件510的存储二极管308相连接，晶体管302的源极与电压电势Vdd相连接。
如前面实施例描述的，来自图像信号的电荷在存储节点304处积累，直到节点304处的电压达到且超过Vdd。这种情况一旦发生，该晶体管漏极上的较高电压导致过量电压流经晶该体管，使得存储节点304上的电压维持在Vdd附近。
在该实施例的变型体中，存储元件510的存储二极管308也可用如参照图5所示的实施例描述的具有高电容值的电容器替代。
图7示出了本发明的第四示例性实施例，其与图4的实施例一致，不同之处在于该保护电路520进一步包括电阻器402，该电阻器402位于电荷倍增光转换层404下极板406和存储元件510的存储二极管408之间。该电阻优选具有高电阻值，这减小了在节点410处从电荷倍增光转换层404和存储二极管408流过像素电路400的电压。
在这里被实现为保护二极管412的保护电路510的存在，为像素电路400提供了附加的保护，使得当从电荷倍增光转换层404流出的信号电压远高于Vdd且经过电阻器402后节点410上的电压仍然过高时，过量的电压将通过保护二极管412被导离存储二极管408和行选择晶体管414。
图7所示实施例的第一种变型可以通过用上述图4实施例中讨论的电容器替代存储元件510的存储二极管408而提供。同样，本发明还包含本实施例的第二种变型，其中，保护二极管412被上述图5实施例中描述的n-MOS晶体管代替。在图7实施例的第三种变型体中，存储元件510的存储二极管408和保护二极管412分别被图5中的电容器和图6中的n-MOS晶体管代替。
在使用电荷倍增光转换层的图像传感器中，随着存储节点处的电压电平升高，施加在光转换层上的有效电压减小，这影响了光转换层的电荷倍增功能。例如，如果施加到电荷倍增光转换层上的电压Vtarget减小，通过光转换层获得的放大率也减小。这样，当信号电平通过激活行选择开关而被读出时，由该成像装置记录的信号电平将小于实际检测的信号电平。
本发明的第二方面通过在每个像素电路中合并入输出控制电路来解决这种顾虑，该输出控制电路防止光转换层上的有效电压在像素中的光积分期间内减小。更具体来说，根据本发明这方面的输出控制电路用来固定存储节点处的电压电平，以维持电荷倍增光转换层上的恒定的有效工作电势。这里公开的像素结构将在下面参照图8-13进一步阐述，图8-13示出了根据本发明这方面的输出电路的五种示例性实施例。
根据本发明的第五实施例，如图8所示，像素结构包括电荷倍增光转换层502，其在上极板处与电源Vtarget相连接。电荷倍增光转换层502的下极板与输出电路500相连接，该输出电路500包括信号产生电路600和行选择开关130。信号产生电路600控制从电荷倍增光转换层502接收的电荷的特性。行选择开关130与信号产生电路600的输出端相连接，用来读出从电荷倍增光转换层502获取的代表图像信号的所积累的电荷。优选的，行选择开关130以MOS晶体管的形式形成，并通过由控制器(例如图14所示的控制器824)发送的栅极信号进行操作。
行选择开关130与列读出线110相连，以使得当开关130闭合时(例如，在行选择开关是晶体管的情况下，当从控制器接收到栅极信号时)，信号产生电路600的输出电压被传送到列读出线110，并从那里传送到采样保持电路(例如见图14的元件814)。来自像素的图像数据被从采样保持电路传送到数字转换器，并且然后传送到图像处理器，在图像处理器中所述电荷与从图像传感器阵列中的其它像素读出的数据一起被转化成图像数据，进而构造输出图像。
如图8中可见，根据本实施例的信号产生电路600是电荷跨阻放大器(CTIA)电路，包括一个在其正输入端114处与恒定电压源VREF相连接的差分放大器128。VREF的值被设置为略低于差分放大器的工作电压，以便获得足够的输出电压摆幅。在差分放大器128的输出节点116与其负输入节点122之间形成反馈回路120，反馈回路120中连接有电容118。复位开关126连接在形成于差分放大器128的负输入节点122和输出节点116之间的第二回路124中，并与反馈回路120并联，用于在先于每个积分时间的初始化周期短路电容器118。行选择开关130也在反馈回路120和第二回路124的下游与差分放大器128的输出节点116相连接。
差分放大器128迫使负输入节点122上的电压固定在VREF，这将电荷倍增光转换层502上的有效工作电势Vtarget维持在一恒定值，即Vtarget-VREF。因为图像信号在光转换层502中被放大的倍增因子是施加到光转换层的偏置电压的函数，因此将光转换层502输出端的电势固定在与到差分放大器128的负输入节点122相同的电势，就对于被电荷倍增光转换层502检测的图像信号产生一个恒定的倍增因子。
在该像素电路中的积分时间期间，来自光转换层502的电流在电容器118上被积分。当行选择开关130闭合时，差分放大器128的输出电压被传送到列读出线110。按照这种配置，从差分放大器128输出的输出电压代表了在光转换层502上检测的入射光的强度，该输出电压由下面的方程式1给出：
V out = V REF - I HARP · t INT C fb · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ( 1 )
其中IHARP和tINT分别代表来自电荷倍增光转换层502的电流和积分时间，Cfb代表了电容器118的电容。
利用图8中所示的CTIA，信号产生电路600在电荷倍增光转换层502的整个工作范围都提供了线性输出。
图9示出了根据本发明的第二实施例的像素电路。第六实施例的像素电路大致与前面参照图8所述的像素电路相同，除了图8所示的信号产生电路600被图9所示实施例中的信号产生电路610替代。本实施例的那些与图8中所示的等效的部件在图9中由相同的附图标记标识，对于这些元件的描述在下面的阐述中予以省略。
像信号产生电路600一样，信号产生电路610也固定了电荷倍增光转换层502的输出端与差分放大器128的负输入节点122处的电势，以便将电荷倍增光转换层502两端的恒定的有效输入节点电压维持为Vtarget-VREF。代替连接在反馈回路中的电容器，信号产生电路610的CTIA电路包括反馈二极管218，其连接在差分放大器128的输出节点116和负输入节点122之间的反馈回路220中。反馈二极管218的阳极与差分放大器128的负输入节点122相连接，同时反馈二极管218的阴极与差分放大器的输出节点116相连接。流经反馈二极管218的电流由下面的方程式2确定：
I Dfb = I 0 · { exp q kT ( V REF - V out ) - 1 } = I HARP · · · · · · · · · · · · · · · ( 2 )
其中，I0是反馈二极管218的饱和电流，q代表了电子电荷(＝1.6*10-19库仑(C))，k是玻尔兹曼常数(＝1.38*10-23J/°K)，T代表二极管的测量温度(开尔文)，Vout是差分放大器128的输出电压，IHARP代表来自电荷倍增光转换层502的电流。
使用方程式2，差分放大器128的输出电压可以由下面方程式3描述：
V out = V REF - kT q ln I HARP I 0 · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ( 3 )
从式3可知，信号产生电路610的反馈回路中的反馈二极管218的存在，对从电荷倍增光转换层502流出的通过差分放大器128的电流IHARP进行了对数压缩。尽管从图1A和1B所示的像素电路所获得的图像信号因为随着检测到的光电平增加导致的光转换层两端的有效电压减小而被压缩，但使用信号产生电路610的CTIA对数压缩图像信号，使得像素读出信号能够更可预测地与在光转换层处实际检测到的光强度相关联。
本发明的第七实施例如图10所示，其包括一个信号产生电路620替代了上述第五和第六实施例中的输出控制电路10和20。图10中所示的与图8和图9中所述的等效的部件以相同的附图标记标识，这些部件的讨论也在下面本实施例的描述中省略。信号产生电路620被构造为CTIA，该CTIA包括第一反馈回路120和第二反馈回路320，它们都连接在差分放大器128的输出节点116与负输入节点122之间。
反馈回路120包括电容器118，用于从差分放大器128提供线性输出，这和图8所示的实施例相似。反馈回路320被安排成与反馈回路120并联，并且包括反馈二极管218和补偿(offset)电压源328，该电压源在反馈二极管218的阴极施加电压Voff。补偿电压源328与差分放大器128的输出节点116以及反馈二极管218的阴极相连接，而反馈二极管的阳极与差分放大器128的负输入节点122相连接。第三回路124包括复位开关126，并且也连接在差分放大器128的输出节点116以及负输入节点122之间，与反馈回路120和320并联。
来自光转换层502的电流按照下面的方程式4流经信号产生电路620的CTIA：
I 0 · exp { q kT ( V REF - V out - V off ) } + d dt C fb ( V REF - V out ) = I HARP · · · · · · · ( 4 )
第一项代表流过反馈二极管218的电流，第二项代表流向反馈电容器118的电流。当VREF-Vout-Voff<0时，即当VREF-Voff<Vout<VREF时，式4中的第二项占主导。在这种情况下，没有电流流过反馈二极管218，并且信号产生电路620的输出电压Vout由前面的公式1决定。
另一方面，当VREF-Vout-Voff>0，即当Vout<VREF-Voff时，电流流经反馈二极管218并被对数压缩，如式4第一项所示。当IHARP足够大时，第二项可以忽略，于是按照下式5产生差分放大器128的输出电压：
V out = V REF - V off - kT q ln I HARP I 0 &CenterDot; &CenterDot; &CenterDot; &CenterDot; &CenterDot; &CenterDot; &CenterDot; &CenterDot; &CenterDot; &CenterDot; &CenterDot; &CenterDot; &CenterDot; &CenterDot; &CenterDot; &CenterDot; &CenterDot; &CenterDot; &CenterDot; &CenterDot; &CenterDot; &CenterDot; &CenterDot; &CenterDot; ( 5 )
由Vout代表的最终转换特性随时间的变化关系如图11所示，从中可以清晰看出当Vout>VREF-Voff时获得线性转换特性，当Vout<VREF-Voff时，获得对数转换特性。因此，从图10示出的像素电路获得的读出信号，在弱光情况下随电荷倍增光转换层502的输出信号成线性变化，在明亮光条件下随电荷倍增光转换层502的输出信号成对数变化。
可选地，信号产生电路620从线性转换模式切换到对数转换模式的转变点，可通过允许用户在反馈二极管218上施加一个可变反偏置电势而变得可调整。图10的像素电路的这一变型见图12，其作为本发明的第八实施例在下面讨论。
图12所示的像素电路与图10所示的几乎相同，除了图10所示的补偿电压源328被补偿电容器430代替。同样地，图12所示的与前面的图的等效的部件以相同的附图标记标识，这些元件的描述在本实施例的说明中予以忽略。
开关432的一端与补偿电容器430在节点434相连接，节点434位于反馈回路320的电容器430和反馈二极管218之间。开关432的另一端与电压为VREF+Voff的电压源436相连接。Voff的电压电平可以由用户调整，从而调整像素电路的线性与对数操作模式的转变点。通过闭合开关432使得来自处于所选电压电平的电压源436的电流能够流向电容器430，将可调电压Voff施加在反馈二极管218上。即使在不调整Voff的电平的情况下，施加在反馈二极管218的阴极的电压电平也可以通过控制开关432闭合的时间长度加以调整，这样就控制了反馈电容器430中的电荷量并因此提高了反馈电容器430两端的电压。
在每个积分时间开始前和对偏置电容430充电之前的初始化周期期间，通过复位信号φRS，使开关432连同复位开关126一起闭合。当开关126和432被复位信号φRS闭合时，电容器118短路，以清除与最近从像素电路读出的图像信号有关的电容器上的任何残留电荷，并且电容器430被充电到Voff。
本发明的第九实施例如图13所示，其与图12中的实施例相同，除了图13中所示的实施例进一步包括用于执行停帧快门(freezeframe shutter)操作的电路。特别是，停帧开关542和保持电容器540连接在该像素电路中的差分放大器128的输出节点116和行选择开关130之间。停帧开关542由传输信号φT控制，该传输信号闭合停帧开关542，以使得图像信号能够流向并存储在保持电容器540中。当停帧开关断开时，保持电容器540中不能有电荷的进一步积累。
在用图像信号对保持电容器540充电后，电荷保存在保持电容器中，以使得对于每次读出操作，能够通过闭合行选择开关130来读出用于该像素的图像信号。例如，当图像由整个图像传感器象素阵列俘获时，图像传感器可以以停帧模式操作，在停帧模式中，每个像素的图像信号被冻结，使得来自阵列中所有像素的图像数据被逐行读出。因此，停帧开关542闭合，并且然后被同时去向图像传感器阵列中所有像素的传输信号φT打开，于是，行选择信号被逐行施加到图像传感器阵列，以读出像素图像信号。
上述图9、10、12和13中所示的实施例中，反馈二极管218可利用MOS晶体管的亚阈值特性实现。对于本领域的技术人员，易于理解MOS晶体管根据偏置情况具有四种操作模式：1)当栅极没有施加偏压时，晶体管截止，漏极没有电流流出；2)当栅极电压VG小于预定的阈值电压VT时，晶体管处于亚阈值区域，其中漏极流出的电流为ID＝I0×exp{q(VG-VT)/kT}；3)当VG-VT<VD(漏极电压)时，晶体管处于饱和区域，其中漏极流出的电流为ID＝(β/2)·(VG-VT)2；以及4)当VG-VT>VD时，晶体管处于线性区，其中漏极流出的电流ID＝β·(VG-VT-VD/2)·VD。
在如图8-13所示的本发明的第五到第九实施例中的每一个中，在电荷倍增光转换层的下极板和输出控制电路之间没有连接存储元件，而图4-7所示的本发明的第一到第四实施例中则有。因此，在图8-13所示的实施例中，电荷倍增光转换层的下极板直接与各输出控制电路500的输入节点122相连接。
本发明的另一方面提供一种同时具有输出电路500和保护电路520的像素结构，输出电路500用于维持电荷倍增光转换层两端的电压恒定，保护电路520用于将从电荷倍增光转换层输出到输出控制电路500的超出预定阈值的过量电压耗散。这里，电荷倍增光转换层的下极板与输出电路500中的差分放大器128的负输入端以及保护电路520的输入端相连接。
根据本发明这方面的像素结构的第十实施例与图8所示的第五实施例的像素结构几乎相同，但还包括与输出控制电路500的节点122相连接的保护电路。如上述的保护电路一样，第十实施例中的保护电路可以被构造为二极管(例如参照图4描述的保护二极管112)、n-MOS晶体管(例如参照图6描述的n-MOS晶体管302)、电阻器和二极管(例如参照图7描述的电阻器402和保护二极管412)或者如上所述的电阻器和n-MOS晶体管。
根据本发明这方面的像素结构的第十一实施例与图9所示的第六实施例像素结构几乎相同，但还包括与输出控制电路500的节点122相连接的保护电路。如上述的保护电路一样，第十一实施例中的保护电路可以被构造为二极管(例如参照图4示出和描述的保护二极管112)、n-MOS晶体管(例如参照上述图6示出和描述的n-MOS晶体管302)、电阻器和二极管(例如参照上述图7示出和描述的电阻器402和保护二极管412)或者如上所述的电阻器和n-MOS晶体管。
根据本发明这方面的像素结构的第十二实施例与图10所示的第七实施例像素结构基本相同，但还包括与输出控制电路500的节点122相连接的保护电路。如上述的保护电路一样，第十二实施例中的保护电路可以被构造为二极管(例如参照上述图4示出和描述的保护二极管112)、n-MOS晶体管(例如参照上述图6示出和描述的n-MOS晶体管302)、电阻器和二极管(例如参照上述图7示出和描述的电阻器402和保护二极管412)或者如上所述的电阻器和n-MOS晶体管。
根据本发明这方面的像素结构的第十三个实施例与图12所示的第八实施例像素结构基本相同，但还包括与输出控制电路500中的差分放大器的负输入端相连接的保护电路。与上述的保护电路一样，第十三实施例中的保护电路可以被构造为二极管(例如参照上述图4示出和描述的保护二极管112)、n-MOS晶体管(例如参照上述图6示出和描述的n-MOS晶体管302)、电阻器和二极管(例如参照上述图7示出和描述的电阻器402和保护二极管412)或者如上所述的电阻器和n-MOS晶体管。
根据本发明这方面的像素结构的第十四实施例与图13所示的第九实施例像素结构几乎相同，但还包括与输出控制电路500中的差分放大器128的负输入端相连接的保护电路。如上述的保护电路一样，第十四实施例中的保护电路可以被构造为二极管(例如参照上述图4示出和描述的保护二极管112)、n-MOS晶体管(例如参照上述图6示出和描述的n-MOS晶体管302)、电阻器和二极管(例如参照上述图7示出和描述的电阻器402和保护二极管412)或者如上所述的电阻器和n-MOS晶体管。
在第十到第十四实施例中，差分放大器的输入固定在VREF。然而，如果存在存储元件并且如果差分放大器和反馈回路出现故障，则电流可能在存储元件上积累。
在上述每个实施例中，电荷倍增光转换层优选地为高增益雪崩急流非晶光导体(HARP)光转换层。然而，可供选择地，也可以使用用来检测光信号、执行光信号的光转换并随后或同时放大所产生的电荷的其它光敏元件，例如光电二极管或者层叠像素传感器结构(其中有效光敏区域可以通过层叠结构显著增加)。层叠式像素传感器结构的一个例子如图3所示，并在I.Takayanagi等人撰写的“A stacked CMOSAPS For Charge Particle Detection And Its Noise Performance(用于带电粒子检测及其噪声性能的层叠式CMOS APS)”(IEEEWorkshop on Charge-Coupled Devices and Advanced Imagesensors，pp.159-162，1999年六月)一文中有详述，这里引用其内容以作为参考。
结合本发明的成像装置的一个例子如图14所示。特别是，成像设备800包括图像传感器802，其具有根据拜耳滤色(bayer colorfilter)模式排列的像素阵列。在该滤色器图案下的阵列中的每个像素之上设有电荷倍增光转换层(例如HARP层)。每个像素804包含根据上面讨论的各种实施例中任何一个的保护和读出电路。
成像设备800进一步包括行解码器806，其包括多个在数量上与图像传感器802的像素阵列中的行的数目相对应的行选择激活线808，其中，每条线与阵列中相应行的所有像素中的每一个行选择开关相连接。同样，列解码器812包括多个列线812，其数量与图像传感器802的像素阵列中的列数量相对应。每条列线812与相应列中所有像素中的行选择开关的输出端相连接。
为了读取由图像传感器802获取的图像数据，控制器824控制行解码器806顺序地激活行选择线，由此所选行中每个像素的行选择开关被激活，进而从每个相应像素向各自的列线转储(dump)图像数据。因为一行中每个像素都与不同的列线相连接，于是通过列解码器810顺序激活所有的列线，以使每个像素的图像数据都被读出到图像处理器。这样，在每条行选择线被激活后，列线被顺序激活，以便以有序的方式在整个阵列中收集图像数据。
一旦从像素阵列中读出图像数据，数据就以线性的顺序经过多个处理电路，所述处理电路通常包括采样保持电路814、放大器816、模-数转换器818、图像处理器820和输出装置822。
这种成像设备800可以是计算机系统、摄影机系统、扫描仪、机器视觉系统、车辆导航系统、视频电话、监视系统、自动聚焦系统，星跟踪器系统、运动检测系统、图像稳定系统和其它需要成像器的系统的一部分，而没有限制。
成像设备800还可以和如图15所示的例如计算机系统的处理器系统850相连接。处理器系统850一般包括中央处理器(CPU)852，其与输入/输出(I/O)装置854通过总线856相通信。成像设备800通过总线856或者端口连接(ported connection)与该系统进行通信。处理器系统800还包括随机存取存储器(RAM)858，并且在其为计算机系统的情况下，该处理器系统800可以包括例如软盘驱动器860和光盘(CD)ROM驱动器862之类的外围设备，所述外围设备也通过总线856与CPU852通信。
尽管已经针对其特定实施例讨论了本发明，但是对于本领域的技术人员来说显然存在很多其它的变型和修改以及其它的应用。因此，本发明并不局限于这里公开的细节，而是由后附的权利要求书限制。

Claims (17)

1.一种图像传感器的像素阵列中的图像传感器像素，包括：
电荷倍增光转换元件；和
在第一节点与电荷倍增光转换元件电连接的电荷存储元件，和
在第一节点与电荷存储元件电连接并且在第二节点与参考电势电连接的保护电路，用于将积累在电荷存储元件处的电压限制为参考电势。
2.根据权利要求1所述的图像传感器像素，其中，电荷倍增光转换元件是高增益雪崩急流非晶光导体光转换层。
3.根据权利要求1所述的图像传感器像素，其中，电荷倍增光转换元件是层叠式像素结构。
4.根据权利要求1所述的图像传感器像素，其中，存储元件是一结型光电二极管，该光电二极管的阴极与电荷倍增光转换元件相连接。
5.根据权利要求1所述的图像传感器像素，其中，存储元件是电容器。
6.根据权利要求1所述的图像传感器像素，其中，保护电路包括保护二极管，该保护二极管在其阳极处与存储元件电连接，并在其阴极处与参考电势相连接，由此积累在存储元件上的超出参考电势的电压通过保护二极管被从存储元件上转移走。
7.根据权利要求6所述的图像传感器像素，其中，保护电路进一步包括电阻器，该电阻器电连接在电荷倍增光转换元件与存储元件之间。
8.根据权利要求1所述的图像传感器像素，其中，保护电路包括n-MOS晶体管，该n-MOS晶体管的漏极和栅极都与存储元件电连接，并且该n-MOS晶体管的源极与参考电势相连接，由此积累在存储元件上的超出参考电势的电压通过该n-MOS晶体管被从存储元件上转移走。
9.根据权利要求8所述的图像传感器像素，其中，保护电路进一步包括电阻器，该电阻器电连接在电荷倍增光转换元件与存储元件之间。
10.根据权利要求1所述的图像传感器像素，进一步包括输出电路，该输出电路与电荷存储元件以及保护电路相连接。
11.根据权利要求10所述的图像传感器像素，其中，输出电路包括行选择晶体管，该行选择晶体管读出存储在电荷存储元件上的电荷。
12.一种获得图像信号的方法，包括：
在图像传感器中检测光信号；
在图像传感器的光敏元件中将光信号光转换为电信号；
在光敏元件中放大电信号；
在第一节点将电信号传送到存储元件；
在存储元件处积累来自电信号的电荷；和
使用保护电路将存储元件处的电压限制为参考电势，该保护电路在第一节点连接到所述光敏元件和所述存储元件并且在第二节点连接到参考电势。
13.根据权利要求12所述的方法，其中限制电压包括，当从积累的电荷得到的电压超过参考电势时，从存储元件转移走电荷。
14.根据权利要求13所述的方法，其中，限制电压进一步包括，在电荷积累在存储元件处之前降低电信号的电压。
15.根据权利要求12所述的方法，进一步包括读出积累在存储元件处的电荷。
16.一种图像处理设备，包括：
图像传感器，用于检测图像和输出与所检测图像相对应的图像信号；和
图像处理器，处理从图像传感器输出的图像信号；
其中图像传感器包括：
电荷倍增光转换元件；和
具有多个像素的像素阵列，其中每个像素包括：
在第一节点与电荷倍增光转换层电连接的电荷存储元件，和
在第一节点与电荷存储元件电连接并且在第二节点与参考电势电连接的保护电路，用于将积累在电荷存储元件处的电压限制为所述参考电势。
17.一种处理系统，包括；
处理器，用于接收和处理图像数据；和
图像数据产生器，用于为处理器提供图像数据，该图像数据产生器包括：
图像传感器，用于检测光和输出图像信号，
图像处理器，用于处理图像信号，和
控制器，用于控制图像传感器和图像处理器，
其中，图像传感器包括：
电荷倍增光转换元件；和
具有多个像素的像素阵列，其中，每个像素包括
与电荷倍增光转换层电连接的电荷存储元件，和
与电荷存储元件电连接的保护电路，用于限制积累在电荷存储元件处的电压。
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Families Citing this family (58)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6791378B2 (en) * 2002-08-19 2004-09-14 Micron Technology, Inc. Charge recycling amplifier for a high dynamic range CMOS imager
US7372495B2 (en) * 2002-08-23 2008-05-13 Micron Technology, Inc. CMOS aps with stacked avalanche multiplication layer and low voltage readout electronics
US6780666B1 (en) * 2003-08-07 2004-08-24 Micron Technology, Inc. Imager photo diode capacitor structure with reduced process variation sensitivity
JP2005183538A (ja) * 2003-12-17 2005-07-07 Sumitomo Electric Ind Ltd 受光素子及び光受信器
US7383307B2 (en) * 2004-01-07 2008-06-03 International Business Machines Corporation Instant messaging windowing for topic threads
JP4556722B2 (ja) * 2004-05-31 2010-10-06 コニカミノルタホールディングス株式会社 撮像装置
JP2005348005A (ja) * 2004-06-02 2005-12-15 Konica Minolta Holdings Inc 撮像装置、撮像システム及び撮像システム動作プログラム
US8035142B2 (en) * 2004-07-08 2011-10-11 Micron Technology, Inc. Deuterated structures for image sensors and methods for forming the same
US7309878B1 (en) * 2004-07-26 2007-12-18 U.S. Department Of Energy 3-D readout-electronics packaging for high-bandwidth massively paralleled imager
US7233051B2 (en) * 2005-06-28 2007-06-19 Intel Corporation Germanium/silicon avalanche photodetector with separate absorption and multiplication regions
US7508434B2 (en) * 2005-06-28 2009-03-24 Motorola, Inc. Image sensor architecture employing one or more floating gate devices
JP4212623B2 (ja) * 2006-01-31 2009-01-21 三洋電機株式会社 撮像装置
US7652706B2 (en) * 2006-02-15 2010-01-26 Eastman Kodak Company Pixel analog-to-digital converter using a ramped transfer gate clock
KR100789364B1 (ko) 2006-08-07 2007-12-28 연세대학교 산학협력단 Ｃｍｏｓ 기반 광전 주파수 변환 장치
KR100879386B1 (ko) * 2006-11-13 2009-01-20 삼성전자주식회사 씨모스 이미지 센서 및 그것을 포함하는 디지털 카메라그리고 씨모스 이미지 센서의 영상 신호 검출 방법
US7923800B2 (en) * 2006-12-27 2011-04-12 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Semiconductor device and electronic device
US7547889B2 (en) * 2007-03-16 2009-06-16 Csem Centre Suisse D'electronique Et De Microtechnique Sa Photon detection device
US7755685B2 (en) * 2007-09-28 2010-07-13 Sarnoff Corporation Electron multiplication CMOS imager
FR2924862B1 (fr) 2007-12-10 2010-08-13 Commissariat Energie Atomique Dispositif microelectronique photosensible avec multiplicateurs par avalanche
WO2010079613A1 (ja) * 2009-01-09 2010-07-15 パイオニア株式会社 撮像装置
JP4835710B2 (ja) * 2009-03-17 2011-12-14 ソニー株式会社 固体撮像装置、固体撮像装置の製造方法、固体撮像装置の駆動方法、及び電子機器
CN102804753B (zh) * 2009-06-22 2016-11-09 皇家飞利浦电子股份有限公司 用于x射线传感器的处理电路
KR101605831B1 (ko) * 2009-08-24 2016-03-24 삼성전자주식회사 씨모스 이미지 센서 및 그것의 영상 신호 검출 방법
JP2011071482A (ja) 2009-08-28 2011-04-07 Fujifilm Corp 固体撮像装置，固体撮像装置の製造方法，デジタルスチルカメラ，デジタルビデオカメラ，携帯電話，内視鏡
JP5409291B2 (ja) * 2009-11-19 2014-02-05 富士フイルム株式会社 固体撮像素子、撮像装置
US8817173B2 (en) * 2010-02-01 2014-08-26 Olympus Imaging Corp. Photographing apparatus capable of flash emission
US8184187B2 (en) * 2010-04-30 2012-05-22 Truesense Imaging, Inc. Controlling electronic shutter in image sensors
US8203638B2 (en) * 2010-04-30 2012-06-19 Truesense Imaging, Inc. Electronic shutter control in image sensors
US8184186B2 (en) * 2010-04-30 2012-05-22 Truesense Imaging, Inc. Electronic shutter control in image sensors
US8199238B2 (en) 2010-04-30 2012-06-12 Truesense Imaging, Inc. Electronic shutter control in image sensors
JP5542091B2 (ja) * 2010-05-18 2014-07-09 富士フイルム株式会社 固体撮像素子及び撮像装置
DE102010027128A1 (de) * 2010-07-14 2012-01-19 Pnsensor Gmbh Halbleiterbauelement, insbesondere Strahlungsdetektor, mit einem integrierten Überspannungsschutz
US8390712B2 (en) 2010-12-08 2013-03-05 Aptina Imaging Corporation Image sensing pixels with feedback loops for imaging systems
WO2013180690A1 (en) * 2012-05-29 2013-12-05 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Devices including independently controllable absorption region and multiplication region electric fields
US9219449B2 (en) * 2012-07-24 2015-12-22 Forza Silicon Corporation CTIA for IR readout integrated circuits using single ended OPAMP with in-pixel voltage regulator
CN104584535B (zh) 2012-08-23 2018-09-28 索尼公司 电流/电压转换电路和成像装置
US9160949B2 (en) * 2013-04-01 2015-10-13 Omnivision Technologies, Inc. Enhanced photon detection device with biased deep trench isolation
US11064142B1 (en) * 2013-09-11 2021-07-13 Varex Imaging Corporation Imaging system with a digital conversion circuit for generating a digital correlated signal sample and related imaging method
CN103686006B (zh) * 2013-12-24 2017-04-05 北京交通大学 一种基于压缩传感的全局式曝光cmos图像传感器
US9380229B2 (en) * 2014-02-28 2016-06-28 Samsung Electronics Co., Ltd. Digital imaging systems including image sensors having logarithmic response ranges and methods of determining motion
EP3268709A4 (en) * 2015-03-09 2018-11-14 California Institute of Technology Mid-infrared hyperspectral spectroscopy systems and methods thereof
JP6587123B2 (ja) * 2015-06-08 2019-10-09 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 撮像装置
CN108603942A (zh) * 2016-02-01 2018-09-28 深圳帧观德芯科技有限公司 能够管理电荷共用的x射线检测器
WO2017150240A1 (ja) * 2016-03-04 2017-09-08 ソニー株式会社 固体撮像素子、駆動方法、および電子機器
CN107195645B (zh) 2016-03-14 2023-10-03 松下知识产权经营株式会社 摄像装置
KR102456297B1 (ko) * 2016-04-15 2022-10-20 삼성디스플레이 주식회사 화소 회로 및 이의 구동 방법
DE102016220492A1 (de) * 2016-10-19 2018-04-19 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Ladungslawinen-Photodetektor-System
EP3367562A1 (en) * 2017-02-22 2018-08-29 Comet AG High power amplifier circuit with protective feedback circuit
CN106950775A (zh) * 2017-05-16 2017-07-14 京东方科技集团股份有限公司 一种阵列基板和显示装置
US10574913B2 (en) * 2017-09-07 2020-02-25 Teledyne Scientific & Imaging, Llc High dynamic range CTIA pixel
CN112585953A (zh) * 2018-09-06 2021-03-30 松下知识产权经营株式会社 固体摄像元件、摄像系统、固体摄像元件的驱动方法及光检测器
US10739807B2 (en) 2018-09-11 2020-08-11 Stmicroelectronics (Crolles 2) Sas Body biasing for ultra-low voltage digital circuits
CN110160647B (zh) * 2019-06-20 2022-07-05 京东方科技集团股份有限公司 光强检测电路、光强检测方法和显示装置
US10892757B1 (en) 2019-11-25 2021-01-12 Stmicroelectronics (Research & Development) Limited Reverse body biasing of a transistor using a photovoltaic source
TW202141064A (zh) * 2020-03-24 2021-11-01 日商索尼半導體解決方案公司 受光裝置及測距裝置
CN111263089B (zh) * 2020-05-06 2020-10-16 深圳市汇顶科技股份有限公司 像素、图像传感器及电子装置
US11570391B2 (en) * 2020-12-15 2023-01-31 Sony Semiconductor Solutions Corporation Digitally-calibrated CTIA image sensor pixel
WO2022179929A1 (en) * 2021-02-26 2022-09-01 Sony Semiconductor Solutions Corporation Pixel substrate and light receiving apparatus

Family Cites Families (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4973833A (en) 1988-09-28 1990-11-27 Minolta Camera Kabushiki Kaisha Image sensor including logarithmic converters
JPH03272180A (ja) * 1990-03-22 1991-12-03 Toshiba Corp 半導体集積回路
JPH05198787A (ja) * 1991-11-08 1993-08-06 Canon Inc 固体撮像装置及びその製造方法
JP3318774B2 (ja) 1992-06-29 2002-08-26 ソニー株式会社 半導体装置および固体撮像装置
US5619040A (en) * 1994-03-29 1997-04-08 Shapiro; Stephen L. Data acquisition system
GB2289983B (en) * 1994-06-01 1996-10-16 Simage Oy Imaging devices,systems and methods
JP2576433B2 (ja) * 1994-12-14 1997-01-29 日本電気株式会社 半導体装置用保護回路
US5892222A (en) * 1996-04-18 1999-04-06 Loral Fairchild Corporation Broadband multicolor photon counter for low light detection and imaging
US5818052A (en) * 1996-04-18 1998-10-06 Loral Fairchild Corp. Low light level solid state image sensor
EP0923067B1 (en) * 1997-03-12 2004-08-04 Seiko Epson Corporation Pixel circuit, display device and electronic equipment having current-driven light-emitting device
US6369853B1 (en) * 1997-11-13 2002-04-09 Foveon, Inc. Intra-pixel frame storage element, array, and electronic shutter method suitable for electronic still camera applications
JP2001024209A (ja) 1999-07-07 2001-01-26 Toshiba Corp 放射線撮像装置
JP2001135851A (ja) * 1999-11-05 2001-05-18 Minolta Co Ltd 光電変換素子および固体撮像装置
US6437339B2 (en) * 2000-03-24 2002-08-20 Hologic, Inc. Flat panel x-ray imager with gain layer
US6492655B2 (en) * 2000-04-05 2002-12-10 Fuji Photo Film Co., Ltd. Method and apparatus for reading image information
JP3493405B2 (ja) 2000-08-31 2004-02-03 ミノルタ株式会社 固体撮像装置
TW550944B (en) * 2001-03-09 2003-09-01 Honda Motor Co Ltd Photosensitive circuit
US7372495B2 (en) * 2002-08-23 2008-05-13 Micron Technology, Inc. CMOS aps with stacked avalanche multiplication layer and low voltage readout electronics

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
CMOS image sensor overlaid with a HARP photoconversionfilm. Yamauchi, M et al.IEEE Optoelectronic and Microelectronic Materials and Devices, 2000. 2000
CMOS image sensor overlaid with a HARP photoconversionfilm. Yamauchi, M et al.IEEE Optoelectronic and Microelectronic Materials and Devices, 2000. 2000 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN1689164A (zh) 2005-10-26
ATE428185T1 (de) 2009-04-15
US20090200455A1 (en) 2009-08-13
US20040036786A1 (en) 2004-02-26
US20060187330A1 (en) 2006-08-24
US6821808B2 (en) 2004-11-23
EP1547152B1 (en) 2009-04-08
US20080225133A1 (en) 2008-09-18
KR20050083654A (ko) 2005-08-26
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KR100681097B1 (ko) 2007-02-08
EP1547152A2 (en) 2005-06-29
US7880791B2 (en) 2011-02-01
WO2004019609A3 (en) 2004-05-13
US7372495B2 (en) 2008-05-13
WO2004019609A2 (en) 2004-03-04
CN101309351A (zh) 2008-11-19
US7365773B2 (en) 2008-04-29
AU2003272232A1 (en) 2004-03-11
US20040046101A1 (en) 2004-03-11

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