CN101556963A - 子像素、单位像素、图像传感器及其操作方法 - Google Patents
子像素、单位像素、图像传感器及其操作方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN101556963A CN101556963A CNA2008101871165A CN200810187116A CN101556963A CN 101556963 A CN101556963 A CN 101556963A CN A2008101871165 A CNA2008101871165 A CN A2008101871165A CN 200810187116 A CN200810187116 A CN 200810187116A CN 101556963 A CN101556963 A CN 101556963A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- floating body
- region
- current status
- transistor
- body transistor
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 21
- 210000000746 body region Anatomy 0.000 claims abstract description 54
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 claims description 14
- 230000004044 response Effects 0.000 claims description 11
- 229910021420 polycrystalline silicon Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 229920005591 polysilicon Polymers 0.000 claims description 6
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims description 6
- 238000003491 array Methods 0.000 claims description 5
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 claims description 4
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims description 2
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 6
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 6
- 229910002056 binary alloy Inorganic materials 0.000 description 5
- 230000008859 change Effects 0.000 description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 3
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 3
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000009471 action Effects 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 230000033001 locomotion Effects 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 239000003086 colorant Substances 0.000 description 1
- 230000000295 complement effect Effects 0.000 description 1
- 239000002019 doping agent Substances 0.000 description 1
- 238000005286 illumination Methods 0.000 description 1
- AMGQUBHHOARCQH-UHFFFAOYSA-N indium;oxotin Chemical compound [In].[Sn]=O AMGQUBHHOARCQH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 1
- 238000013507 mapping Methods 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 description 1
- 238000005036 potential barrier Methods 0.000 description 1
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 1
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
- H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
- H01L27/144—Devices controlled by radiation
- H01L27/146—Imager structures
- H01L27/14679—Junction field effect transistor [JFET] imagers; static induction transistor [SIT] imagers
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
- H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
- H01L27/144—Devices controlled by radiation
- H01L27/146—Imager structures
- H01L27/14601—Structural or functional details thereof
- H01L27/14603—Special geometry or disposition of pixel-elements, address-lines or gate-electrodes
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
- H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
- H01L27/144—Devices controlled by radiation
- H01L27/146—Imager structures
- H01L27/14601—Structural or functional details thereof
- H01L27/14609—Pixel-elements with integrated switching, control, storage or amplification elements
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
- H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
- H01L27/144—Devices controlled by radiation
- H01L27/146—Imager structures
- H01L27/14601—Structural or functional details thereof
- H01L27/1462—Coatings
- H01L27/14621—Colour filter arrangements
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
- H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
- H01L27/144—Devices controlled by radiation
- H01L27/146—Imager structures
- H01L27/14643—Photodiode arrays; MOS imagers
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
- H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
- H01L27/144—Devices controlled by radiation
- H01L27/146—Imager structures
- H01L27/14683—Processes or apparatus peculiar to the manufacture or treatment of these devices or parts thereof
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
- H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
- H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
- H04N25/70—SSIS architectures; Circuits associated therewith
- H04N25/76—Addressed sensors, e.g. MOS or CMOS sensors
- H04N25/77—Pixel circuitry, e.g. memories, A/D converters, pixel amplifiers, shared circuits or shared components
- H04N25/772—Pixel circuitry, e.g. memories, A/D converters, pixel amplifiers, shared circuits or shared components comprising A/D, V/T, V/F, I/T or I/F converters
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Multimedia (AREA)
- Signal Processing (AREA)
- Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)
- Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
Abstract
一种子像素、单位像素、图像传感器及其操作方法。所述图像传感器包括按阵列布置的多个单位像素。每个单位像素包括配置为由具有相同波长的光照射的多个子像素。每个子像素包括多个浮体晶体管。每个浮体晶体管包括源区、漏区、位于源区和漏区之间的浮体区域以及在浮体区域上形成的栅电极。
Description
本申请要求于2008年4月8日提交到韩国知识产权局的第10-2008-0032660号韩国专利申请的优先权，其公开完整地包含于此，以资参考。
背景技术
彩色图像传感器是将检测的光变换成电信号的光电转换装置。传统图像传感器包括在半导体基板上按阵列布置的多个单位像素。每个单位像素包括光电二极管和多个晶体管。光电二极管响应于检测的外部光而产生光电荷，并存储光电荷。晶体管根据产生的光电荷量输出电信号。
传统图像传感器的例子是互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器。传统CMOS图像传感器包括用于接收并存储光信号的传统光电二极管。这种图像传感器通过使用控制或处理光信号的控制装置来实现图像。由于可使用CMOS制造技术来制造控制装置，所以控制装置的制造工艺相对简单。此外，还可在单芯片中制造CMOS图像传感器以及多种信号处理装置。
传统CMOS图像传感器响应于接收的光量输出电压。模拟数字转换器读取输出的电压作为数字数据。为了测量由光产生的电荷，需要三个或四个晶体管，这使得传统CMOS图像传感器结构相对复杂。
发明内容
示例性实施例提供子像素、单位像素和图像传感器，其中，光强度被输出为单个单元区域中的二进制光电信号。示例性实施例还提供操作子像素、单位像素和图像传感器的方法。
根据至少一个示例性实施例，使用二进制光电信号的图像传感器可包括按阵列布置的多个单位像素。每个单位像素可包括能够被波长相同或基本相同的光照射的多个子像素。每个子像素可包括多个浮体晶体管。每个浮体晶体管可包括位于源区和漏区之间的浮体区域以及在浮体区域上形成的栅电极。浮体区域可响应于接收的光产生电子空穴对。可通过源区或漏区释放电子。
根据至少一个示例性实施例，使用二进制光电信号的图像传感器可包括按阵列布置的多个单位像素。每个单位像素可包括多个子像素。每个子像素可包括多个浮体晶体管。每个浮体晶体管可包括位于源区和漏区之间的浮体区域。浮体区域可被配置为响应于接收的光产生电子空穴对，通过源区和漏区的至少一个释放电子，并在浮体区域积累空穴。积累的空穴可指示第一电流状态。第一电流状态可代表第一信息类型。浮体区域还可被配置为响应于施加到源区和漏区的至少一个的电压而将空穴释放到源区和漏区的至少一个以进入第二电流状态。第二电流状态可代表第二信息类型。
至少另一示例性实施例提供一种图像传感器的单位像素。根据所述至少另一示例性实施例，单位像素可包括多个子像素。每个子像素可包括多个浮体晶体管。每个浮体晶体管可包括位于源区和漏区之间的浮体区域。浮体区域可被配置为响应于接收的光产生电子空穴对，通过源区和漏区的至少一个释放电子，并在浮体区域积累空穴。积累的空穴可指示第一电流状态。第一电流状态可代表第一信息类型。浮体区域还可被配置为响应于施加到源区和漏区的至少一个的电压而将空穴释放到源区和漏区的至少一个以进入第二电流状态。第二电流状态可代表第二信息类型。
至少另一示例性实施例提供一种图像传感器的单位像素的子像素。子像素可包括多个浮体晶体管。每个浮体晶体管可包括位于源区和漏区之间的浮体区域。浮体区域可被配置为响应于接收的光产生电子空穴对，通过源区和漏区的至少一个释放电子，并在浮体区域积累空穴。积累的空穴可指示第一电流状态。第一电流状态可代表第一信息类型。浮体区域还可被配置为响应于施加到源区和漏区的至少一个的电压而将空穴释放到源区和漏区的至少一个以进入第二电流状态。第二电流状态可代表第二信息类型。
根据至少一些示例性实施例，每个浮体晶体管可被配置为在未使用模拟数字转换器的情况下输出数字信号。第一信息类型可以是第一数字值，第二信息类型可以是第二数字值。第一数字值与第二数字值可以不同。
根据至少一些示例性实施例，图像传感器还可包括：多个栅极线，连接所述多个浮体晶体管的栅电极；多个行线，连接所述多个浮体晶体管的漏区；多个列线，连接所述多个浮体晶体管的源区。可垂直于或基本上垂直于栅极线和行线形成列线。从列线测量的电流可指示第一电流状态或第二电流状态。以第一电流状态测量(流动)的电流可大于以第二电流状态测量(流动)的电流。所述多个浮体晶体管可在绝缘层上由半导体材料形成，和/或可具有介于(含)大约50nm和大约500nm之间的宽度。栅极可由多晶硅、透明电极或类似的材料形成。
至少一个其他示例性实施例提供一种操作图像传感器的方法。根据所述至少一个其他示例性实施例，可通过将负电压施加到所述多个浮体晶体管的至少第一浮体晶体管的栅极，在浮体区域中形成电荷存储区域。可通过从图像传感器上面照射光，将信息记录到所述至少第一浮体晶体管中。可读取在所述至少第一浮体晶体管中记录的信息，可移除或释放在所述至少第一浮体晶体管的浮体区域中积累的电荷。
根据至少一些示例性实施例，可通过将正电压施加到所述至少第一浮体晶体管的漏区来形成电荷存储区域。记录的信息可包括通过将所述至少第一浮体晶体管的浮体区域转换为第一电流状态而记录的信息“1”。
根据至少一些示例性实施例，可通过将第一电压施加到行线，通过扫描列线从列线和行线交叉处的单元检测第三电流，并基于第三电流和参考电流确定与单元相应的浮体晶体管是处于第一电流状态还是第二电流状态，来读取信息。如果第三电流大于参考电流，则与单元相应的浮体晶体管可处于第一电流状态。如果第三电流小于或等于参考电流，则浮体晶体管可处于第二电流状态。
根据至少一些示例性实施例，可通过将比浮体晶体管的阈值电压大的正电压施加到所述多个栅极线中的一个栅极线，通过扫描列线从列线和行线交叉处的单元检测第四电流，并基于第四电流和参考电流确定浮体晶体管是处于第一电流状态还是第二电流状态，来读取信息。如果第四电流大于参考电流，则浮体晶体管可处于第一电流状态。如果第四电流小于或等于参考电流，则浮体晶体管可处于第二电流状态。
根据至少一些示例性实施例，可通过将浮体区域的电势置于介于源区的电势和漏区的电势之间以释放在浮体区域中积累的空穴，来移除电荷。或者，可通过将负电压施加到源区或漏区，将在浮体区域中积累的空穴释放到源区或漏区。
根据示例性实施例，可通过将浮体晶体管转换为第二电流状态来移除电荷。可将子像素中的光的检测强度计算为在第一电流状态读取的所述多个浮体晶体管与子像素中的浮体晶体管的总数的比。可通过将电压同步施加到所述至少第一浮体晶体管的源区、漏区和栅电极，执行形成电荷存储区域的步骤、记录信息的步骤和读取信息的步骤的每个。
附图说明
通过参照附图对本发明示例性实施例进行的详细描述，本发明将变得更加清楚，其中：
图1是根据示例性实施例的使用二进制光电信号的图像传感器的单位像素的平面图；
图2是根据示例性实施例的图像传感器的浮体晶体管的横截面图；
图3显示根据示例性实施例的图像传感器的单位像素的子像素的阵列；
图4是解释根据示例性实施例的读取在浮体晶体管中记录的信息的方法的曲线图；
图5是解释根据示例性实施例的擦除在浮体区域中记录的信息的方法的能带图。
具体实施方式
现在将参照附图更充分地描述本发明的多个示例性实施例，在附图中示出了本发明的一些示例性实施例。在附图中，为了清晰起见，夸大了层和区域的厚度。
这里公开本发明的详细示例性实施例。然而，这里公开的具体结构和功能细节仅仅是代表性的，目的是为了描述本发明的示例性实施例。然而，本发明可以以许多不同的形式实现，并不应该理解为仅限于这里阐述的实施例。
因此，虽然本发明示例性实施例能够有多种修改和替代形式，但在附图中以例子的方式显示本发明实施例，这里将详细描述这些实施例。然而，应该理解，并不意图将本发明示例性实施例限于这些公开的具体形式，相反，本发明示例性实施例意在覆盖包括在本发明范围内的所有修改、等价物和替换。贯穿附图的描述，相同的标号表示相同的部件。
应该理解的是，尽管在这里可使用术语第一、第二等来描述不同的元件，但是这些元件不应该受这些术语的限制。这些术语仅是用来将一个元件与另一个元件区分开来。例如，在不脱离本发明示例性实施例的范围的情况下，第一元件可被称作第二元件，类似地，第二元件可被称作第一元件。如在这里使用的，术语“和/或”包括一个或多个相关所列项的任意组合和所有组合。
此外，应该理解的是，当元件被称作“连接到”或“结合到”另一元件时，该元件可以直接连接或结合到另一元件，或者可以存在中间元件。相反，当元件被称作“直接连接到”或“直接结合到”另一元件时，不存在中间元件。应当以相似的方式解释用于描述元件之间的关系的其他术语(例如，“在…之间”与“直接在…之间”、“与…相邻”与“直接与…相邻”等)。
此外，应该理解的是，当元件或层被称作在另一元件或层“上形成”时，该元件或层可以直接或间接在另一元件或层上形成。即，例如，可以存在中间元件或层。相反，当元件或层被称作“直接”在另一元件或层“上形成”时，不存在中间元件或层。应当以相似的方式解释用于描述元件或层之间的关系的其他术语(例如，“在…之间”与“直接在…之间”、“与…相邻”与“直接与…相邻”等)。
这里所使用的术语仅为了描述特定的实施例，并不意图限制本发明的示例性实施例。如这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式。还应理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，说明存在所述特征、整体、步骤、操作、元件和/或组件，但不排除存在或附加一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。
还应该指出，在一些替代实施例中，图中指出的功能/动作可能不按次序地发生。例如，根据涉及的功能/动作，连续显示的两个附图可能实际上基本同时执行，或者可能有时以相反的次序执行。
图1是根据示例性实施例的使用二进制光电信号的图像传感器的单位像素的平面图。
参照图1，图像传感器可包括按阵列布置的多个单位像素。每个单位像素可包括多个子像素。子像素可检测波长彼此不同的可见光。每个子像素可对应于不同的颜色。子像素可以是红色像素R、绿色像素G和蓝色像素B。可在每个子像素上形成滤色器。滤色器可选择性地发送由子像素检测的光。还可在滤色器上形成微透镜。微透镜可作为聚焦透镜。为了作图的方便，从图1省略了聚焦透镜和滤色器的配置。
可在子像素R、G和B的每个上形成多个浮体晶体管10和线(未显示)。线可按阵列形状连接浮体晶体管10。浮体晶体管10可形成为具有(含)约50nm和约500nm之间的大小。浮体晶体管10可提供表明光是否是撞击(impinge)(照射)在浮动晶体管10上的二进制信息。
图2是图1所示的浮体晶体管10的示例性实施例的横截面图。
参照图2，可在绝缘层11上形成半导体层12。在一个例子中，半导体层12可以是p型硅层。可在p型硅层12上或在p型硅层12内形成彼此分离的源区13和漏区14。通过用n型掺杂剂掺杂p型硅层12的多个部分来形成源区13和漏区14。源区13和漏区14之间的p型硅层12的区域可作为浮体区域15。可在p型硅层12上堆叠栅绝缘层16和栅电极17。栅绝缘层16可以是氧化硅等。
栅电极17可由透明金属形成，例如，铟锡氧化物(ITO)、多晶硅等。如果栅电极17由不透明材料(如，多晶硅)形成，则以这样的方式形成栅电极17，栅电极17暴露(例如，未覆盖)浮体区域15的部分表面(例如，上表面)，使得光撞击(例如，直接撞击)在浮体区域15上。如果栅电极17由多晶硅形成，则栅电极17可形成为厚度大约小于或等于100nm，以减少(例如，最小化)多晶硅中的光吸收量。因此，可形成浮体区域15以接收照射的光。
现在将参照附图对根据示例性实施例的在浮体晶体管10中记录信息的处理进行描述。
当将给定的或期望的负电压(例如，在(含)约-1V和约-2V之间)施加到浮体晶体管10的栅电极17时，可在浮体区域15中形成电荷存储区域。可通过将正电压(例如，约0.5V)施加到漏区14来形成电子运动路径。可将给定电压(例如，接地电压)施加到源区13。
当从图像传感器上面照射光时，通过微透镜和滤色器的具有给定波长的光撞击在浮体区域15上。撞击的光导致在浮体区域15中形成电子空穴对。例如，可通过相对强电场导致的雪崩现象在浮体区域15中形成多个电子空穴对。可由电子向漏区14运动而产生的栅极电压导致相对强电场。
漏区14可发射电子，而浮体区域15积累空穴。积累的空穴可减小势垒，从而使浮体晶体管10进入电流流动相对平滑的状态。在这个例子中，电流流动相对平滑的状态代表第一信息类型(例如，“1”状态)，而将照射光之前的浮体晶体管的状态定义为第二信息类型(例如，“0”状态)。这些状态使浮体晶体管10能够根据是否照射光来提供(例如，直接提供)二进制信息，而不需要模拟数字转换器。
可将正电压施加到漏区14，以通过具有相对低电势的漏区14发射电子。如果当源区13的电势和漏区14的电势彼此相等或基本相等时照射光，则可通过源区13和漏区14发射电子。
在上述形成电荷存储区域的处理的示例性实施例中，可并行、同时和/或同步地将光照、信息写入/或读取、脉冲电压施加到栅电极17、源区13和/或漏区14。在这个例子中，脉冲电压的开始时间、上升时间、持续时间和下降时间可被匹配或同步，以减小和/或最小化电噪声对电荷量的干扰。
根据至少这个示例性实施例的浮体晶体管10可实现更灵敏的光电传感器，因为即使照射相对较少量的光，由于雪崩现象，光子也将相对较大量的空穴存储在浮体区域15中。例如，如果可在具有相对较小区域(例如，约2微米宽)的单个子像素中形成大小相对较小(例如，约100nm)的浮体晶体管10，则可在单个子像素中形成约400个光电传感器。因此，单个子像素可在从(含)约0到约400的范围内检测光强度，这可增加光学检测灵敏度。
此外，可省略发送入射到单个子像素的光强度作为单个模拟信息所需的多个晶体管和传统图像传感器所需的每单个列线的模拟数字转换器的区域。因此，可实现较小的CMOS图像传感器。
图3显示根据示例性实施例的图像传感器的子像素的阵列。
参照图3，可按阵列形状布置浮体晶体管10。每个浮体晶体管10可以是一个单元。行线可连接到属于单行的浮体晶体管10的漏区14。源区13可连接到列线。栅极线可平行于行线连接到栅电极17。因此，列线可对与行线交叉的单元寻址，列线可用栅极线对单元寻址。
现在将对根据示例性实施例的读取图像传感器中的每个单元的图像信息的方法进行描述。
根据至少一个示例性实施例，可选择行线，并可将给定电压(例如，约0.1V)施加到选择的行线。可通过扫描列线来检测电流流过的列线。如果在列线中有电流流过，则行线和列线交叉处的单元被读取为“1”状态，而没有电流流过的单元被读取为“0”状态。
当重复上述处理时，可读取属于子像素的单元的所有或基本上所有信息。
连接到列线的控制电路或单元20可通过添加输入信息“1”来产生总和，并通过将总和除以单元总数来计算相应子像素区域的光强度。
根据示例性实施例的图像传感器可获得光强度作为数字信息，而无需使用模拟数字转换器，因此可在没有在处理信号的晶体管和模拟数字转换器中可能出现的噪声的情况下测量正确的光强度，从而具有增加的灵敏度。
图4是解释根据另一示例性实施例的读取在浮体晶体管中记录的信息的方法的曲线图。
参照图4，浮体区域15中积累的空穴可减小浮体晶体管10的阈值电压。阈值电压的改变可表示为电流的改变。图4是根据示例性实施例的根据浮体晶体管10的阈值电压的改变的Id-Vg曲线图。
当将比浮体晶体管10的阈值电压Vth大的给定电压(例如，约1V)施加到栅极线时，如果从列线测量的电流大于给定参考电流，则浮体晶体管10被读取为“1”状态。如果测量的电流小于给定参考电流，则浮体晶体管10被读取为“0”状态。因此，可相对准确地读取在栅极线和列线交叉处的单元的信息。
连接到列线的控制单元20可通过添加从单个子像素的浮体晶体管10输入的信息“1”来产生总和，可通过将总和除以子像素的浮体晶体管10的总数来计算相应子像素区域的光强度。
图5是解释根据示例性实施例的擦除在浮体晶体管中记录的信息的方法的能带图。
参照图5，当在浮体区域15中积累空穴时，如果通过将给定或期望的负电压施加到漏区14使得漏区14的电势增加到高于浮体区域15的电势时，可将浮体区域15中积累的空穴释放到漏区14。当将正电压施加到漏区14时，浮体区域15可返回到初始或最初状态，例如，“0”状态。
为了擦除浮体中记录的信息，可将负电压施加到源区13，而不是将负电压施加到漏区14。
此外或者可替换地，通过将给定或期望的电压施加到栅电极17，浮体区域15的电势可处于源区13的电势和漏区14的电势之间。
根据示例性实施例的图像传感器不需要包括处理信号所需的传统模拟数字转换器和/或多个晶体管，这是因为，在根据示例性实施例的图像传感器中，单个浮体晶体管可接收光并输出(例如，直接输出)单个数字信号。
尽管参照本发明示例性实施例具体表示和描述了本发明，但本领域的普通技术人员应该理解，在不脱离由权利要求限定的本发明的精神和范围的情况下，可以在形式和细节上进行各种改变。
Claims (25)
1、一种图像传感器的子像素，所述子像素包括：
多个浮体晶体管，每个浮体晶体管包括在源区和漏区之间布置的浮体区域，浮体区域被配置为响应于接收的光而产生电子空穴对，并通过源区和漏区的至少一个释放电子，并在浮体区域积累空穴，积累的空穴指示第一电流状态，第一电流状态代表第一信息类型，浮体区域还被配置为响应于施加到源区和漏区的至少一个的电压而将空穴释放到源区和漏区的至少一个以进入第二电流状态，第二电流状态代表第二信息类型。
2、如权利要求1所述的子像素，其中，以第一电流状态流动的电流大于以第二电流状态流动的电流。
3、如权利要求1所述的子像素，其中，每个浮体晶体管被配置为在未使用模拟数字转换器的情况下输出数字信号。
4、如权利要求1所述的子像素，其中，第一信息类型是第一数字值，第二信息类型是第二数字值，第一数字值与第二数字值不同。
5、一种图像传感器的单位像素，所述单位像素包括：
如权利要求1所述的多个子像素。
6、如权利要求5所述的单位像素，其中，以第一电流状态流动的电流大于以第二电流状态流动的电流。
7、如权利要求5所述的单位像素，其中，每个浮体晶体管被配置为在未使用模拟数字转换器的情况下输出数字信号。
8、一种图像传感器，包括：
按阵列布置如权利要求5所述的多个单位像素。
9、如权利要求8所述的图像传感器，还包括：
多个栅极线，连接所述多个浮体晶体管的栅电极；
多个行线，连接所述多个浮体晶体管的漏区；
多个列线，连接所述多个浮体晶体管的源区；
其中，垂直于所述多个栅极线和所述多个行线形成所述多个列线，基于在列线上流动的电流确定第一电流状态或第二电流状态。
10、如权利要求9所述的图像传感器，其中，以第一电流状态流动的电流大于以第二电流状态流动的电流。
11、如权利要求8所述的图像传感器，其中，所述多个浮体晶体管在绝缘层上由半导体材料形成。
12、如权利要求8所述的图像传感器，其中，所述多个浮体晶体管的至少一个具有介于50nm和500nm之间的宽度，该宽度包含50nm和500nm。
13、如权利要求8所述的图像传感器，其中，所述多个浮体晶体管的至少一个的栅电极由多晶硅或透明电极形成。
14、如权利要求8所述的图像传感器，其中，所述多个浮体晶体管的每个被配置为在未使用模拟数字转换器的情况下输出数字信号。
15、一种操作如权利要求8所述的图像传感器的方法，所述方法包括：
通过将负电压施加到子像素的所述多个浮体晶体管的至少第一浮体晶体管的栅电极，在所述第一浮体晶体管的浮体区域中形成电荷存储区域；
通过将光照射到图像传感器，将信息记录到所述至少第一浮体晶体管中；
读取在所述至少第一浮体晶体管中记录的信息；
释放在所述至少第一浮体晶体管的浮体区域中积累的电荷。
16、如权利要求15所述的方法，其中，形成电荷存储区域的步骤还包括：
将正电压施加到所述至少第一浮体晶体管的漏区。
17、如权利要求15所述的方法，其中，在所述至少第一浮体晶体管中记录信息的步骤还包括：
将正电压施加到所述至少第一浮体晶体管的漏区。
18、如权利要求15所述的方法，其中，记录信息的步骤包括：
通过在所述至少第一浮体晶体管的浮体区域中积累空穴以将所述至少第一浮体晶体管的浮体区域转换为第一电流状态，来在所述至少第一浮体晶体管中记录第一信息类型。
19、如权利要求18所述的方法，其中，图像传感器还包括，
多个栅极线，连接所述多个浮体晶体管的栅电极；
多个行线，连接所述多个浮体晶体管的漏区；
多个列线，连接所述多个浮体晶体管的源区，
读取信息的步骤还包括：将第一电压施加到所述多个行线的第一行线，通过扫描列线来检测与列线和第一行线交叉处的单元相应的电流，和基于检测的电流和参考电流确定单元内的浮体晶体管是处于第一电流状态还是第二电流状态，其中，
如果检测的电流大于参考电流，则单元内的浮体晶体管被确定为处于第一电流状态，
如果检测的电流小于或等于参考电流，则单元内的浮体晶体管被确定为处于第二电流状态。
20、如权利要求18所述的方法，其中，图像传感器还包括：
多个栅极线，连接所述多个浮体晶体管的栅电极；
多个行线，连接所述多个浮体晶体管的漏区；
多个列线，连接所述多个浮体晶体管的源区，
读取信息的步骤还包括：将正电压施加到所述多个栅极线的第一栅极线，所述正电压大于连接到第一栅极线的浮体晶体管的阈值电压，通过扫描列线来检测列线和行线交叉处的单元的电流，和基于检测的电流和参考电流确定单元的浮体区域是处于第一电流状态还是第二电流状态，其中，
如果检测的电流大于参考电流，则单元内的浮体区域被确定为处于第一电流状态，
如果检测的电流小于或等于参考电流，则单元内的浮体区域被确定为处于第二电流状态。
21、如权利要求15所述的方法，其中，释放电荷的步骤包括：
通过将所述至少第一浮体晶体管的浮体区域的电势调整为介于所述第一浮体晶体管的源区的电势和所述第一浮体晶体管的漏区的电势之间，来释放在所述至少第一浮体晶体管的浮体区域中积累的空穴。
22、如权利要求21所述的方法，其中，释放电荷的步骤包括：
通过将负电压施加到相应的源区或漏区，将在所述至少第一浮体晶体管的浮体区域中积累的空穴释放到相应的源区或漏区。
23、如权利要求21所述的方法，其中，释放电荷的步骤包括：
将所述至少第一浮体晶体管转换为第二电流状态。
24、如权利要求15所述的方法，其中，将子像素中的光的检测强度计算为第一电流状态的所述多个浮体晶体管与子像素的浮体晶体管的总数的比。
25、如权利要求15所述的方法，其中，通过将电压同步施加到所述至少第一浮体晶体管的源区、漏区和栅电极，执行形成电荷存储区域的步骤、记录信息的步骤和读取信息的步骤的每个步骤。
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020080032660A KR20090107254A (ko) | 2008-04-08 | 2008-04-08 | 이진 광신호를 이용한 이미지 센서 및 구동방법 |
| KR10-2008-0032660 | 2008-04-08 | ||
| KR1020080032660 | 2008-04-08 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN101556963A true CN101556963A (zh) | 2009-10-14 |
| CN101556963B CN101556963B (zh) | 2013-01-02 |
Family
ID=41132901
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN2008101871165A Active CN101556963B (zh) | 2008-04-08 | 2008-12-12 | 子像素、单位像素、图像传感器及其操作方法 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US8154640B2 (zh) |
| JP (1) | JP5441438B2 (zh) |
| KR (1) | KR20090107254A (zh) |
| CN (1) | CN101556963B (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105308747A (zh) * | 2013-06-11 | 2016-02-03 | 拉姆伯斯公司 | 分离栅极有条件重置的图像传感器 |
Families Citing this family (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8816460B2 (en) | 2009-04-06 | 2014-08-26 | Nokia Corporation | Image sensor |
| US8179457B2 (en) * | 2009-06-23 | 2012-05-15 | Nokia Corporation | Gradient color filters for sub-diffraction limit sensors |
| US8198578B2 (en) | 2009-06-23 | 2012-06-12 | Nokia Corporation | Color filters for sub-diffraction limit-sized light sensors |
| US8134115B2 (en) * | 2009-06-23 | 2012-03-13 | Nokia Corporation | Color filters for sub-diffraction limit-sized light sensors |
| US8319855B2 (en) * | 2010-01-19 | 2012-11-27 | Rambus Inc. | Method, apparatus and system for image acquisition and conversion |
| US9462199B2 (en) | 2012-10-12 | 2016-10-04 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Image sensors, image processing systems including same, and methods of operating the same |
| KR20140047494A (ko) * | 2012-10-12 | 2014-04-22 | 삼성전자주식회사 | 서브픽셀, 이를 포함하는 이미지 센서, 및 이미지 센싱 시스템 |
| US20140103190A1 (en) * | 2012-10-12 | 2014-04-17 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Binary image sensor and image sensing method |
| US9679929B2 (en) | 2012-10-12 | 2017-06-13 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Binary image sensors including quantum dots and unit pixels thereof |
| KR102114343B1 (ko) * | 2013-11-06 | 2020-05-22 | 삼성전자주식회사 | 센싱 픽셀 및 이를 포함하는 이미지 센서 |
| KR20160047314A (ko) * | 2014-10-22 | 2016-05-02 | 삼성전자주식회사 | 방사선 검출기 및 방사선 검출기 구동 방법 |
| CN111526267B (zh) | 2016-08-03 | 2022-09-02 | 株式会社半导体能源研究所 | 摄像装置、摄像模块、电子设备及摄像系统 |
Family Cites Families (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH07255013A (ja) * | 1994-01-31 | 1995-10-03 | Sony Corp | 固体撮像装置 |
| JPH0943358A (ja) * | 1995-07-28 | 1997-02-14 | Shimadzu Corp | 放射線検出装置 |
| US5587596A (en) * | 1995-09-20 | 1996-12-24 | National Semiconductor Corporation | Single MOS transistor active pixel sensor cell with automatic anti-blooming and wide dynamic range |
| GB2318473B (en) * | 1996-10-17 | 2000-11-29 | Sony Corp | Solid state imaging device,signal processing method and camera |
| JPH1198415A (ja) * | 1997-09-24 | 1999-04-09 | Sharp Corp | 増幅型固体撮像装置 |
| GB0107410D0 (en) * | 2001-03-23 | 2001-05-16 | Koninkl Philips Electronics Nv | Electronic devices comprising thin-film transistors,and their manufacture |
| TWI230392B (en) * | 2001-06-18 | 2005-04-01 | Innovative Silicon Sa | Semiconductor device |
| JP2004325183A (ja) * | 2003-04-23 | 2004-11-18 | M & C:Kk | 放射線検出方法、放射線検出器、及び、この検出器を搭載した放射線撮像システム |
-
2008
- 2008-04-08 KR KR1020080032660A patent/KR20090107254A/ko not_active Application Discontinuation
- 2008-08-28 US US12/230,363 patent/US8154640B2/en not_active Expired - Fee Related
- 2008-12-12 CN CN2008101871165A patent/CN101556963B/zh active Active
-
2009
- 2009-02-24 JP JP2009040705A patent/JP5441438B2/ja active Active
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105308747A (zh) * | 2013-06-11 | 2016-02-03 | 拉姆伯斯公司 | 分离栅极有条件重置的图像传感器 |
| CN105308747B (zh) * | 2013-06-11 | 2018-07-17 | 拉姆伯斯公司 | 分离栅极有条件重置的图像传感器 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2009253276A (ja) | 2009-10-29 |
| US20090251581A1 (en) | 2009-10-08 |
| KR20090107254A (ko) | 2009-10-13 |
| CN101556963B (zh) | 2013-01-02 |
| US8154640B2 (en) | 2012-04-10 |
| JP5441438B2 (ja) | 2014-03-12 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN101556963B (zh) | 子像素、单位像素、图像传感器及其操作方法 | |
| KR101435519B1 (ko) | 광 포커싱 구조를 가진 이미지 센서 | |
| US8698932B2 (en) | Solid-state image pickup apparatus and camera | |
| US11031424B2 (en) | Image sensor with selective light-shielding for reference pixels | |
| US8294880B2 (en) | Distance measuring sensor including double transfer gate and three dimensional color image sensor including the distance measuring sensor | |
| US8687101B2 (en) | Solid-state imaging device and camera | |
| CN100379010C (zh) | 具有垂直结合薄膜光二极管的影像传感器及其制造方法 | |
| EP2980852B1 (en) | Solid-state image sensing element and imaging system | |
| US20160372504A1 (en) | Solid-state imaging device and electronic apparatus | |
| KR102549400B1 (ko) | Pd 바이어스 패턴들을 갖는 이미지 센서 | |
| JP2016127264A (ja) | 固体撮像素子およびその製造方法、並びに電子機器 | |
| KR101660980B1 (ko) | 고체 촬상 소자 및 그 구동 방법 | |
| US7339216B1 (en) | Vertical color filter sensor group array with full-resolution top layer and lower-resolution lower layer | |
| JP5047451B2 (ja) | 感度およびビデオインターフェイスとの互換性が向上した、垂直カラー受光器 | |
| CN212343888U (zh) | 一种图像传感器和电子设备 | |
| US20210176458A1 (en) | Imaging element and electronic device | |
| WO2016104177A1 (ja) | 固体撮像素子およびその製造方法、並びに電子機器 | |
| US8053719B2 (en) | Image sensor using photo-detecting molecule and method of operating the same | |
| CN104934453A (zh) | 固体摄像装置 | |
| JP2012190951A (ja) | 固体撮像装置およびカメラ | |
| US20170207263A1 (en) | Image sensor | |
| CN103227184B (zh) | 基于复合介质栅结构像素单元的成像阵列及其曝光操作方法 | |
| WO2021149556A1 (ja) | 受光素子、撮像素子、および撮像装置 | |
| JP5033808B2 (ja) | 完全解像度最上層および低解像度下層を有する垂直カラーフィルターセンサー群 | |
| JP5253856B2 (ja) | 固体撮像装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant |