CN102186024B - 物理量检测装置和成像设备 - Google Patents
物理量检测装置和成像设备 Download PDFInfo
- Publication number
- CN102186024B CN102186024B CN2011101200073A CN201110120007A CN102186024B CN 102186024 B CN102186024 B CN 102186024B CN 2011101200073 A CN2011101200073 A CN 2011101200073A CN 201110120007 A CN201110120007 A CN 201110120007A CN 102186024 B CN102186024 B CN 102186024B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- transistor
- pixel
- voltage
- holding wire
- turned
- 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.)
- Expired - Fee Related
Links
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 title claims abstract description 26
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims description 23
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims description 16
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims description 8
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 5
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 13
- 238000000034 method Methods 0.000 description 13
- 230000000875 corresponding effect Effects 0.000 description 12
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 5
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 5
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 4
- 230000006870 function Effects 0.000 description 4
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 4
- 238000013519 translation Methods 0.000 description 3
- 230000001413 cellular effect Effects 0.000 description 2
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 2
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 2
- 239000002784 hot electron Substances 0.000 description 2
- 230000005693 optoelectronics Effects 0.000 description 2
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 description 2
- 238000005070 sampling Methods 0.000 description 2
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 2
- 230000004913 activation Effects 0.000 description 1
- 230000003321 amplification Effects 0.000 description 1
- 230000000712 assembly Effects 0.000 description 1
- 238000000429 assembly Methods 0.000 description 1
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 230000000295 complement effect Effects 0.000 description 1
- 230000002596 correlated effect Effects 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 230000002950 deficient Effects 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 230000001915 proofreading effect Effects 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 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
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
- H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
- H04N25/60—Noise processing, e.g. detecting, correcting, reducing or removing noise
-
- 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
Abstract
本发明公开了一种物理量检测装置和成像设备。所述物理量检测装置包括：检测单元，对从外部提供的物理量进行检测；以及像素，其被二维排列并且每个像素都具有用于将来自所述检测单元的信号输出到信号线的选择晶体管。在所述物理量检测装置中，所述选择晶体管是耗尽型晶体管，恒流源被连接到所述信号线，当与所述信号线相对应的所有像素的选择晶体管被关断时，所述恒流源被关断，并且当所述选择晶体管被关断时，所述选择晶体管的栅极电压被设为一电压，该电压距关断侧比距其中形成了所述选择晶体管的阱的电压更近。
Description
本申请是申请日为2006年11月1日，题为“物理量检测装置和成像设备”的第200610137969.9号发明专利申请的分案申请。
技术领域
本发明涉及用于对从外部提供的物理量进行检测的物理量检测装置，以及使用把从外部入射的光作为物理量来检测的固态成像装置的成像设备。
背景技术
用于把经由对象入射的光的强度作为物理量来检测的固态成像装置或用于对在检测电极与手指表面之间对应于指纹而形成的电容进行检测的指纹检测装置(电容检测装置)是公知的用于对从外部提供的物理量进行检测的物理量检测装置。
图1是图示了固态成像装置的像素的示图。如图1所示，像素100包括充当光电转换器的光电二极管101，以及被连接到一垂直信号线110的四个晶体管，即传送晶体管102、复位晶体管103、放大晶体管104和选择晶体管105。在该结构中，N沟道MOS晶体管被用作这四个晶体管102到105。
下面描述选择晶体管105。选择晶体管105充当执行像素100的选择/不选择的开关元件。理想状态下，当选择晶体管105被接通时，电阻为零而不管源漏电压如何，并且当选择晶体管105被关断时，电阻具有无穷大的值而不管源漏电压如何。
然而实际上，能够接通选择晶体管105的源漏电压是有限的，并且导通电阻是有限值。此外，因为选择晶体管105被串联连接到放大晶体管104，所以具有上述结构的像素100具有下面两个问题。
(1)因为电压由于选择晶体管105的阈值下降而降落，所以难于减小电源电压Vdd。
(2)由选择晶体管105引起的噪声(例如，1/f噪声和突发(burst)噪声)在垂直信号线110中发生。
特别地，1/f噪声和突发噪声在很小的像素中造成问题。如图2所示，突发噪声在成行排列的像素中的极少量的像素中增大，或者在每个象素中的二进制值与三进制值之间随机地移动。突发噪声和1/f噪声更可能由晶体管的沟道与栅极氧化膜之间的交互作用而产生。
1/f噪声是发生在所有像素里的大量像素中的随机噪声。突发噪声使极少量像素看起来闪烁。如上所述，实际上，选择晶体管105不是理想的开关，而是具有有限的导通电阻。因此，由选择晶体管105引起的噪声和放大晶体管104的噪声在输出中发生。
在相关技术中，为了解决上述的问题(1)，已经提出了下面的结构：用于提高电源电压Vdd的升压电路被设置在其中形成了像素100的同一芯片上，并且经所述升压电路提高后的高于电源电压Vdd的电压作为栅极电压被施加到选择晶体管105(例如，见日本专利No.3369911)。
发明内容
然而，虽然上述相关技术是问题(1)的解决方案，但是没有解决由选择晶体管105而产生的噪声的问题(2)。其原因如下。当选择晶体管105的栅极电压被提高时，大量电流流经氧化膜的界面而非体侧(bulkside)，这使大量噪声在恒定像素电流的情况下发生。就是说，相关技术增加了由选择晶体管105引起的噪声。
把升压电路安装在其中形成了像素100的同一芯片上造成了制造成本的增加、制造的缺陷，以及由额外外部容量引起的模块尺寸的增加。
因为在相关技术中，像素100中的四个晶体管102到105中的选择晶体管105仅起到开关的作用，所以相关技术没有考虑到用于由选择晶体管105的有限导通电阻引起的突发噪声或1/f噪声的措施，也没有设计上的特殊注意。
这里，上面已经描述了当固态成像装置被用作物理量检测装置时的问题。然而，这些问题可能发生在包括用于选择像素的选择晶体管在内的其他物理量检测装置中。
期望提供一种物理量检测装置和一种成像设备，其能够减小由像素中的选择晶体管的有限导通电阻引起的突发噪声或1/f噪声。
根据本发明的一个实施例，物理量检测装置包括：检测单元，对从外部提供的物理量进行检测；以及像素，其被二维排列并且每个像素都具有用于将来自所述检测单元的信号输出到信号线的选择晶体管。在所述物理量检测装置中，所述选择晶体管是耗尽型晶体管。
在根据上述实施例的物理量检测装置中，因为选择晶体管是耗尽型晶体管，所以虽然选择晶体管的栅极电压未被设为电源电压，选择晶体管的导通电阻仍被减小。在选择晶体管中，大量电流流经体侧，而非氧化膜的界面。
附图说明
图1是图示了具有四个晶体管的像素的电路结构的电路图；
图2是图示了突发噪声的示图；
图3是图示了根据本发明一个实施例的固态成像装置的结构的示图；
图4是图示了根据第一电路示例的像素的电路结构的电路图；
图5是图示了根据第二电路示例的像素的电路结构的电路图；
图6是图示了垂直驱动电路的结构的一个示例的框图；
图7是图示了当根据第二实施例的方法被应用时的操作的时序图；
图8是图示了根据本发明的一个实施例的成像装置的结构的一个示例的框图。
具体实施方式
在下文中，将参照附图来描述本发明的优选实施例。
在本发明中，用于对经由对象入射的光的强度进行检测的固态成像装置被给出，作为用于对从外部提供的物理量进行检测的物理量检测装置的一个示例。
图3是示意性地图示了根据本发明的一个实施例的固态成像装置的结构的示图。在该实施例中，CMOS(互补金属氧化物半导体)图像传感器被给出作为固态成像装置的一个示例。
如图3所示，根据该实施例的固态成像装置10包括半导体衬底(芯片)11上的像素阵列12、垂直驱动电路13、列电路组14、水平驱动电路15、垂直信号线16、输出电路17、控制单元18，以及负电压发生电路19。
在像素阵列12中，多个像素20是二维排列的，其中每个像素具有用于把入射光转换为电信号的光电转换器，所述电信号具有与所述入射光的强度相对应的电荷。像素20的详细电路结构稍后将被描述。在像素阵列12中，为排列的像素中的每行像素形成一像素驱动配线121，并且为每列像素形成一垂直信号线122。
垂直驱动电路13顺序并选择性地扫描像素阵列12中的像素20的行，并且通过像素驱动配线121向选定行的像素提供必要的驱动脉冲(控制脉冲)。在本实施例中，虽然在图中未示出，但是垂直驱动电路13包括读扫描系统和快门扫描系统，所述读扫描系统用于执行顺序地选择像素20的行并读取所选行的像素的信号的读操作，所述快门扫描系统用于在读扫描系统执行读扫描之前的与快门速度相对应的时间内执行使像素20的同一行的光电转换器中存储的电荷除去(复位)的快门操作。
因此，从光电转换器的非必需的电荷被快门扫描系统通过快门扫描的快门操作而复位的时刻开始到像素20的信号被读扫描系统通过读扫描而读取的时刻为止的时段是像素20的信号电荷存储时间(曝光时间)。就是说，电子快门操作意味着对光电转换器中存储的信号电荷进行复位然后开始存储新信号电荷的操作。
从选定行的像素20输出的信号通过垂直信号配线122被提供到列电路组14。列电路组14包括列电路，所述列电路被设置为与像素阵列12中的像素的列一一对应。列电路组14通过垂直信号线接收从每行像素20输出的信号，然后对接收到的信号执行放大或相关双取样(CDS)来除去为像素所特有的固定模式噪声(fixed pattern noise)。列电路组14中的每个列电路可具有A/D(模数)转换功能。
水平驱动电路15包括水平扫描电路151和水平选择开关组152。水平扫描电路151是由移位寄存器组成的。水平扫描电路151顺序地扫描水平选择开关组152的开关，并且顺序地把与被列电路组14的列电路处理过的一行像素相对应的信号输出到水平信号线16。
输出电路17对通过水平选择开关组152和水平信号线16从列电路组14的列电路顺序地提供的信号执行各种信号处理，然后将处理过的信号输出作为输出信号OUT。输出电路17可仅执行缓冲处理，或者它在缓冲处理之前可执行例如调节黑色电平的处理、校正多列像素之间的偏差的处理、放大信号的处理，以及与颜色有关的处理。
控制电路18通过接口(未示出)接收控制固态成像装置10的操作模式的数据，或者它将包括固态成像装置10的信息的数据输出到外部，基于垂直同步信号Vsync、水平同步信号Hsync和主时钟信号MCK生成时钟信号或用于控制垂直驱动电路13、列电路组14和水平驱动电路15的操作的控制信号，然后将该信号提供给每个电路。
负电压发生电路19是由例如电荷泵电路形成的。负电压发生电路19基于电源电压Vdd生成负电压，然后将生成的负电压提供给垂直驱动电路13。为了减小暗电流，CMOS图像传感器设有负电压发生电路，该负电压发生电路将像素20的传送晶体管被关断时的栅极电压改变为一电压该电压距关断侧(off side)比距其中形成了传送晶体管的阱(well)的电压更近，该电压例如是本实施例中的负电压(见JP-A-2002-217397)。所述负电压发生电路可被用作负电压发生电路19。
像素电路
图4是图示了根据第一电路示例的像素20A的电路结构的电路图。如图4所示，根据第一电路示例的像素20A包括充当光电转换器的光电二极管21，以及四个晶体管，如传送晶体管22、复位晶体管23、放大晶体管24和选择晶体管25。在本实施例中，用N沟道MOS晶体管作为这四个晶体管22到25。
为每行像素20A形成像素驱动配线121，其包括传输配线121A、复位配线121B和选择配线121C。
在图4中，光电二极管21将入射光转换为与入射光的强度相对应的电荷(在本实施例中为电子)。光电二极管21的阴极通过传送晶体管22被电连接到放大晶体管24的栅极。被电连接到放大晶体管24的栅极的节点被称为FD(floating diffusion，浮动扩散)部件26。FD部件26保持从光电二极管21发出的信号电荷并将该信号电荷转换为电压。
传送晶体管22被连接在光电二极管21的阴极与FD部件26之间，并且当传输脉冲TRF通过传输配线121A被提供到其栅极时被接通，这使已通过光电二极管21进行了光电转换并随后存储在光电二极管21中的光电荷被传输到FD部件26。
复位晶体管23的漏极连接到电源电压Vdd的电源线，其源极连接到FD部件26，并且其栅极连接到复位配线121B。当复位脉冲RST被提供给复位晶体管23的栅极时，复位晶体管23被接通，这使得在信号电荷被从光电二极管21传输到FD部件26之前，FD部件26的电荷被传输到电源(Vdd)线，从而使FD部件26复位。
放大晶体管24的栅极连接到FD部件26，并且其漏极连接到电源电压Vdd的电源线。放大晶体管24把被复位晶体管复位的FD部件26的电位输出作为复位电平，并且还把通过传送晶体管22从光电二极管21传输了信号电荷之后的FD部件26的电位输出作为信号电平。
例如，选择晶体管25的漏极连接到放大晶体管24的源极，并且其源极连接到垂直信号线122。就是说，选择晶体管25被与放大晶体管24串联地连接在放大晶体管24与垂直信号线122之间。选择晶体管25在选择脉冲SEL通过选择配线121C被提供到其栅极时被接通，这使得像素20A处于被选择状态。结果，经放大晶体管24放大的信号被输出给垂直信号线122。
图5是图示了根据第二电路示例的像素20B的电路结构的电路图。在第二电路示例中，与图4所示那些相同的组件具有相同的标号。
如图5所示，与根据第一电路示例的像素20A相似，根据第二电路示例的像素20B包括充当光电转换器的光电二极管21，以及四个晶体管，如传送晶体管22、复位晶体管23、放大晶体管24和选择晶体管25。
根据第二电路示例的像素20B与根据第一电路示例的像素20A的不同之处在于选择晶体管25被与放大晶体管24串联地连接在电源(Vdd)线与放大晶体管24之间。就是说，选择晶体管25的漏极连接到电源(Vdd)线，其源极连接到放大晶体管24的漏极，并且其栅极连接到选择配线121C。当选择脉冲SEL通过选择配线121C被提供给选择晶体管25的栅极时，选择晶体管25被接通，这使电源电压Vdd被提供给放大晶体管24的漏极，使得像素20B被选择。
垂直驱动电路
图6是图示了垂直驱动电路13的结构的一个示例的框图。如图6所示，垂直驱动电路13包括行选择电路131、复用器132、电平转换器133，以及缓冲器134。在图6中，例如，地或者电源输入系统未被示出。
行选择电路131是由移位寄存器或者译码器形成的，并且基于从控制电路18提供的扫描信号或者地址信号选择性地扫描像素阵列12中的像素行。复用器132把从控制电路18提供的像素驱动脉冲作为传输脉冲TRF、复位脉冲RST和选择脉冲SEL输出给由行选择电路131选择性地扫描的像素行。
电平转换器133把从复用器132提供的像素驱动脉冲的高电平和低电平转换为预定电平(电平变换)。将负电压发生电路19所生成的负电压提供给电平转换器133。经电平转换器133转换了电平的像素驱动脉冲(即传输脉冲TRF、复位脉冲RST和选择脉冲SEL)通过具有低阻抗的缓冲器134被提供给像素驱动配线121(即传输配线121A、复位配线121B和选择配线121C)。
具有上述结构的固态成像装置10的特征在于耗尽型晶体管被用作像素20中的选择晶体管25。和相关技术不同，耗尽型的选择晶体管25的使用使得可以防止阈值降低而不提高选择晶体管25的栅极电压，因此选择晶体管可以在低电压工作。此外，可以减小选择晶体管25的导通电阻。
根据本发明的实施例，1/f噪声或突发噪声被减小，这和提高栅极电压的相关技术不同。这是因为在选择晶体管25中，耗尽使大量电流流经体侧而非氧化膜的界面。
然而，因为耗尽型晶体管具有不被关断的特性，就是说相对于地电压的电流不中断，所以耗尽型晶体管通常不被用作开关元件，所述地电压等于在其中形成晶体管的阱的电压。选择晶体管25具有开关的功能，并且如图4所示，通过连接到垂直信号线122的恒流源30的负载晶体管31，选择晶体管25源极的电压和地电压相等。因此，选择晶体管不属于上述示例。
然而，本发明的实施例使用耗尽型晶体管作为选择晶体管25。在这种情况下，还可以向耗尽型晶体管提供基于选择晶体管25的导通状态与关断状态之间的电位差来选择像素行的功能。在该结构下，因为恒流源的电流值是每条垂直信号线几个微安，故大量电流不流经选择晶体管25，因此优选地，选择晶体管25中断电流的流动。这是因为功率消耗增加，电流流经特定像素以改变该像素的特性，或者热电子白点发生。
因此，在本发明的实施例中，因为耗尽型晶体管被用作选择晶体管25并且选择晶体管25中断电流的流动，所以使用下面两种方法中的至少一种是有效的：第一，当被连接到一垂直信号线122的所有像素20的选择晶体管25被关断时，恒流源30也被关断；第二，当选择晶体管25被关断时，负电压被施加到栅极。
即使当耗尽型晶体管被用作选择晶体管25时，使用这两种方法中的一种或两种也使得可以用选择晶体管25中断电流。因此，可以防止功率消耗的增加、特性的变化或者热电子白点，并因此通过耗尽型晶体管得到多种效果，就是说，降低由选择晶体管25的有限导通电阻引起的1/f噪声或突发噪声的效果。
接着，下面将详细描述后一种方法即当选择晶体管25被关断时将负电压施加到栅极的实施例。
第一实施例
第一实施例的特征在于，当像素20的选择晶体管25被关断时，其栅极电压被设为一电压也就是负电压，该电压距关断侧比距其中形成了选择晶体管25的阱的电压更近。
更具体地说，现有的负电压发生电路19(见图3)所生成的负电压被使用，并且图6所示的电平转换器133对选择脉冲SEL的电平进行转换(电平变换)，使得像素驱动脉冲中的选择脉冲SEL的低电平被设为负电压发生电路19的负电压。因此，当选择晶体管25被关断时，负电压被施加到选择晶体管25的栅极。
在恒流源30中，略高于阈值电压的电压被施加到负载晶体管31的栅极，这使得大约几个微安的小恒定电流通过垂直信号线122流向选择晶体管25。
选择晶体管25的基准电压是反向偏置的P阱的电压。P阱的电压是地电压。当相对于基准电压即地电压的负电压被施加到栅极时，作为耗尽型晶体管的选择晶体管25可中断电流。
如上所述，当耗尽型晶体管被用作选择晶体管25并且像素20的选择晶体管25被关断时，其栅极电压被设为一电压也就是负电压，该电压距关断侧比距其中形成了选择晶体管25的阱的电压更近，这使得选择晶体管25可以在关断状态下可靠地中断电流，从而得到耗尽型晶体管的效果，即降低由选择晶体管25的有限导通电阻引起的1/f噪声或突发噪声的效果。
现有的负电压发生电路19被使用，并且由负电压发生电路19生成并在传送晶体管22被关断时被施加到传送晶体管22的栅极的负电压还被用作选择晶体管25的低电平栅极电压。因此，本实施例使得不需要安排负电压发生电路19。因此，本实施例防止了制造成本的增加、制造缺陷和额外的外部容量，这使得可以防止模块尺寸的增加。
当其中在选择晶体管25被关断时负电压被施加到选择晶体管的栅极的实施例被使用时，优选地使用如下像素结构，其中像素20是根据第一电路示例的像素20A，也就是选择晶体管25被串联连接在放大晶体管24与垂直信号线122之间。
原因如下。在根据第二电路示例的像素20B的情况下，被施加到选择晶体管25的栅极的负电压和被施加到其漏极的电源电压Vdd增加了栅极与漏极之间的电位差，这使得难于提高选择晶体管25的可靠性。因此，在根据第一电路示例的像素20A的情况下，即使当负电压被施加到选择晶体管的栅极时，也可以保持栅极和漏极的电位之间的较小差异。
在图6中，在电平转换器133中，对应于传输脉冲TRF、复位脉冲RST和选择脉冲SEL中的每一个，为每行像素提供了具有电平转换功能的单元电路。
由负电压发生电路19生成的负电压作为负电源电压被施加到用于传输脉冲TRF的单元电路，以减小暗电流。此外，负电压作为负电源电压(相关技术中的地电压)被施加到用于选择脉冲SEL的单元电路，以减小1/f噪声或突发噪声。可替换地，负电压可作为负电源电压被施加到用于复位脉冲RST的单元电路。这样，公共负电压可被施加到用于传输脉冲TRF的单元电路、用于选择脉冲SEL的单元电路和用于复位脉冲RST的单元电路，这使得可以简化电平转换器133的结构。
第二实施例
在第一实施例中，负载晶体管31被用作用于提供几个微安的电流的恒流源30。然而，在第二实施例中，负载晶体管31作为开关元件而工作，而非作为恒流源。更具体地说，在图4中，图7所示的开关脉冲LOAD被提供到负载晶体管31的栅极，这使负载晶体管31充当开关元件。
在本实施例中，负载晶体管31仅作为开关而工作。因此，当负载晶体管31被接通时，几十微安的大量电流流动。更具体地说，例如，当负载晶体管31被接通时的栅极电压的高电平也就是开关脉冲LOAD的高电平被设为电源电压Vdd。在本实施例中，与第一实施例相似，选择晶体管25是耗尽型晶体管。此外，当选择晶体管25被关断时，负电压被施加到选择晶体管25的栅极。
接着，将参照图7所示的时序图来描述当应用根据第二实施例的方法时像素20和负载晶体管31的操作。
当被连接到垂直信号线的全部像素的选择晶体管25被关断时(当选择晶体管处于低电平时)，用于对开关负载晶体管31进行开关的开关脉冲LOAD被激活(例如，电源电压Vdd)。然后，负载晶体管31被接通，这使垂直信号线122的电位变为预定电压，例如在本实施例中为地电压。在垂直信号线122的电位处于低电平期间复位脉冲RST被激活(高电平)，然后复位晶体管23被接通，这使得像素20的选定行的FD部件26被复位。
然后，像素的选定行的选择脉冲SEL被激活(高电平)以接通选择晶体管25。这使垂直信号线122的电位接近与FD部件26的电位相对应的电压，这反映了FD部件26通过复位晶体管23被复位。
在垂直信号线122的电位接近与FD部件26的电位相对应的电压的阶段，列电路组14(见图3)的相应列电路把垂直信号线122的电位作为复位电平来采样。然后，选择脉冲SEL被禁止(inactivate)(例如，-1V的负电压)，以关断选择晶体管25。
接着，通过开关脉冲LOAD接通负载电容器31以将垂直信号线122的电位改变为低电平，并且在垂直信号线122的电位处于低电平期间传输脉冲TRF被激活(高电平)以接通传输晶体管22，这使由光电二极管21的光电转换得到的信号电荷被传输到FD部件26。
然后，选定的像素行的选择脉冲SEL被激活，以接通选择晶体管25。这使垂直信号线122的电位接近与FD部件26的电位相对应的电压。这指示出信号电荷被从光电二极管21传输并随后被存储在FD部件26中。
在垂直信号线122的电位某种程度上接近与FD部件26的电位相对应的电压的阶段，列电路把垂直信号线122的电位作为信号电平来采样。然后，选择脉冲SEL被禁止以关断选择晶体管25。
列电路组14的相应列电路使用由第一采样得到的复位电平与由第二采样得到的信号电平之间的差来除去为像素所特有的固定模式噪声，从而得到不包括固定模式噪声的信号。
如上所述，负载晶体管31作为开关而工作，而非作为恒流源，并且垂直信号线122的电位通过短脉冲变为低电平。然后，从没有恒定电流流经的像素20中读取信号。结果，可以防止负载晶体管31的电压损失并从而减小功率消耗。此外，因为只有充电/放电电流流经垂直信号线122，所以可以减小功率消耗。
另外，因为垂直信号线122的电位通过短脉冲被改变为低电平，所以负载晶体管31被用作具有低阻抗的开关，而不是作为恒流源。在这种情况下，当耗尽型晶体管被用作选择晶体管25时，在开关脉冲LOAD被施加到负载晶体管31的激活时段中无法关断选择晶体管25，这使得所流动的电流比第一实施例中的电流大十到百倍。在这种情况下，发生了与其中耗尽型晶体管仅被用作选择晶体管25的第一实施例中相同的严重问题，并且还发生了地线或电源线中的电压降落的问题。因此，栅极电压在选择晶体管25被关断时被设为负和选择晶体管25被进行开关以中断电流是有效的。
在上述实施例中，N沟道MOS晶体管被用作根据第一和第二电路示例的像素20A和20B中每个像素的四个晶体管22到25，但是本发明不限于此。例如，P沟道MOS晶体管可被用作四个晶体管22到25。在这种情况下，可提供升压电路来代替负电压发生电路19，并且当选择晶体管25被关断时，高于电源电压Vdd的电压可被设为栅极电压。
在上述实施例中，用于对通过对象入射的光的强度进行检测的固态成像装置被用作用于对从外部提供的物理量进行检测的物理量检测装置，但是本发明不限于此。例如，物理量检测装置可能是用于对在检测电极与手指表面之间对应于指纹而形成的电容进行检测的指纹检测装置(电容检测装置)，或用于对压力或化学材料的分布作为从外部提供的物理量来检测的检测装置。此外，本发明还可应用于所有的物理量检测装置，所述物理量检测装置包括用于对从外部提供的物理量进行检测的检测单元和二维排列的像素，其中每个像素具有用于选择性地将来自检测单元的信号输出到信号线的选择晶体管。
应用
根据上述实施例的固态成像装置10优选地被用作诸如数码相机或摄像机这样的成像设备的成像装置(图像输入装置)。
成像设备意味着包括充当成像装置的固态成像装置、用于将对象的光学图像形成在固态成像装置的成像表面(光接收表面)上的光学系统和用于对固态成像装置的信号进行处理的电路的照相机模块(例如，被安装在诸如蜂窝式电话这样的电子设备上的照相机模块)，以及诸如数码相机或摄像机这样的包括照相机模块的照相机系统。
图8是图示了根据本发明实施例的成像设备的结构的一个示例的框图。如图8所示，根据本发明的实施例的成像设备包括具有透镜41、成像装置42，以及照相机信号处理电路43的光学系统。
透镜41将来自对象的光学图像聚焦在成像装置42的成像表面上。成像装置42输出将通过透镜41形成在成像表面上的光学图像以像素为单位转换为电信号而得到的图像信号。根据上述实施例的固态成像装置10被用作成像装置42。照相机信号处理单元43对从成像装置42输出的图像信号执行各种信号处理。
如上所述，在诸如摄像机、电子照相机和设在诸如蜂窝式电话这样的移动设备中的照相机模块这样的成像设备中，根据上述实施例的固态成像装置10被用作成像装置42，这使得可以减小由固态成像装置10中的像素的选择晶体管的有限导通电阻引起的1/f噪声或突发噪声，从而得到具有极小噪声的成像设备。
本领域技术人员应当明白，只要当处于所附权利要求书或其等同物的范围之内时，各种修改、组合、子组合和变化可取决于设计要求和其他因素而发生。
相关申请的交叉引用
本发明包含与2005年11月1日向日本专利局递交的日本专利申请JP2005-317910有关的主题，该在先申请的全部内容通过引用结合于此。
Claims (5)
1.一种物理量检测装置，包括：
检测单元，对从外部提供的物理量进行检测；以及
像素，其被二维排列并且每个像素具有用于将来自所述检测单元的信号输出到信号线的选择晶体管，
其中，所述选择晶体管是耗尽型晶体管，
恒流源被连接到所述信号线，
当与所述信号线相对应的所有像素的选择晶体管被关断时，所述恒流源被关断，并且
当所述选择晶体管被关断时，所述选择晶体管的栅极电压被设为负电压。
2.根据权利要求1所述的物理量检测装置，其中：
所述像素包括用于对来自所述检测单元的信号进行放大的放大晶体管，并且
所述选择晶体管被与所述放大晶体管串联地连接在所述放大晶体管与所述信号线之间。
3.根据权利要求1所述的物理量检测装置，其中：
用于选择性地将所述信号线的电位切换为预定电压的开关元件被连接到所述信号线，并且
在所述信号线的电位被所述开关元件切换为预定电压之后，所述选择晶体管被接通以将所述像素的信号输出到所述信号线。
4.根据权利要求1所述的物理量检测装置，其中：
所述像素包括电荷存储单元和传送晶体管，所述传送晶体管用于把与所述检测单元所检测到的物理量相对应的信号电荷传输到所述电荷存储单元，并且
当所述传送晶体管在关断状态下的栅极电压被设为负电压时，所述选择晶体管被关断时的栅极电压也被用作所述传送晶体管被关断时的栅极电压。
5.一种成像设备，包括：
固态成像装置，其包括二维排列的像素，每个像素具有用于把入射光转换为电信号的光电转换元件和用于选择性地将与所述光电转换元件的信号电荷相对应的电压输出到信号线的选择晶体管；以及
光学系统，其把来自对象的光引导到所述固态成像装置的成像表面上，
其中，所述固态成像装置包括作为所述选择晶体管的耗尽型晶体管，
恒流源被连接到所述信号线，
当与所述信号线相对应的所有像素的选择晶体管被关断时，所述恒流源被关断，并且
当所述选择晶体管被关断时，所述选择晶体管的栅极电压被设为负电压，从而在关断状态下可靠地中断电流，由此降低否则将由所述选择晶体管的有限导通状态电阻引起的1/f噪声或突发噪声。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2005317910A JP4848739B2 (ja) | 2005-11-01 | 2005-11-01 | 物理量検出装置および撮像装置 |
| JP2005-317910 | 2005-11-01 |
Related Parent Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN2006101379699A Division CN1960448B (zh) | 2005-11-01 | 2006-11-01 | 物理量检测装置和成像设备 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN102186024A CN102186024A (zh) | 2011-09-14 |
| CN102186024B true CN102186024B (zh) | 2013-08-21 |
Family
ID=37729231
Family Applications (2)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN2011101200073A Expired - Fee Related CN102186024B (zh) | 2005-11-01 | 2006-11-01 | 物理量检测装置和成像设备 |
| CN2006101379699A Expired - Fee Related CN1960448B (zh) | 2005-11-01 | 2006-11-01 | 物理量检测装置和成像设备 |
Family Applications After (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN2006101379699A Expired - Fee Related CN1960448B (zh) | 2005-11-01 | 2006-11-01 | 物理量检测装置和成像设备 |
Country Status (6)
| Country | Link |
|---|---|
| US (3) | US7649561B2 (zh) |
| EP (2) | EP1781016A3 (zh) |
| JP (1) | JP4848739B2 (zh) |
| KR (2) | KR101320772B1 (zh) |
| CN (2) | CN102186024B (zh) |
| TW (1) | TWI335076B (zh) |
Families Citing this family (19)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4848739B2 (ja) | 2005-11-01 | 2011-12-28 | ソニー株式会社 | 物理量検出装置および撮像装置 |
| JP4992446B2 (ja) * | 2006-02-24 | 2012-08-08 | ソニー株式会社 | 固体撮像装置及びその製造方法、並びにカメラ |
| US7368698B2 (en) * | 2006-04-12 | 2008-05-06 | Micron Technology, Inc. | Imaging device with reduced row readout time and method of operating the same |
| JP4991436B2 (ja) * | 2007-08-02 | 2012-08-01 | キヤノン株式会社 | 撮像装置及び撮像システム |
| CN101557456B (zh) * | 2008-04-10 | 2010-12-29 | 联咏科技股份有限公司 | 相关二重取样电路及互补金属氧化物半导体影像感测单元 |
| JP5282690B2 (ja) * | 2009-07-23 | 2013-09-04 | ソニー株式会社 | 画素回路、固体撮像素子、およびカメラシステム |
| JP5342969B2 (ja) * | 2009-09-10 | 2013-11-13 | 富士フイルム株式会社 | 撮像装置及び撮像方法 |
| KR101029618B1 (ko) * | 2009-12-30 | 2011-04-21 | 주식회사 하이닉스반도체 | Ｃｍｏｓ 이미지 센서 |
| WO2011111490A1 (en) * | 2010-03-08 | 2011-09-15 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Semiconductor device and driving method thereof |
| WO2013027524A1 (ja) * | 2011-08-24 | 2013-02-28 | シャープ株式会社 | 固体撮像素子 |
| JP5403019B2 (ja) * | 2011-09-05 | 2014-01-29 | ソニー株式会社 | 物理量検出装置および撮像装置 |
| US8809925B2 (en) * | 2012-10-11 | 2014-08-19 | Omnivision Technologies, Inc. | Partial buried channel transfer device in image sensors |
| US9531968B2 (en) * | 2014-02-25 | 2016-12-27 | Semiconductor Components Industries, Llc | Imagers having image processing circuitry with error detection capabilities |
| JP6094511B2 (ja) * | 2014-02-25 | 2017-03-15 | ソニー株式会社 | 撮像素子および撮像装置 |
| WO2015198877A1 (ja) * | 2014-06-25 | 2015-12-30 | ソニー株式会社 | 撮像素子および撮像素子の駆動方法、電子機器、並びにプログラム |
| CN105934826B (zh) * | 2014-12-18 | 2021-07-20 | 索尼公司 | 固态图像传感器、成像装置和电子设备 |
| CN107068700A (zh) * | 2016-12-28 | 2017-08-18 | 格科微电子（上海）有限公司 | 图像传感器 |
| US10755070B2 (en) * | 2017-12-12 | 2020-08-25 | Silicon Display Technology | Sensor pixel, fingerprint and image sensor including the same, and driving method thereof |
| CN107945736B (zh) * | 2018-01-02 | 2020-02-07 | 京东方科技集团股份有限公司 | 像素控制电路及控制方法、像素单元、显示基板及装置 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002217397A (ja) * | 2001-01-15 | 2002-08-02 | Sony Corp | 固体撮像装置及びその駆動方法 |
| JP2004274229A (ja) * | 2003-03-06 | 2004-09-30 | Canon Inc | 撮像装置 |
| CN1534790A (zh) * | 1998-02-28 | 2004-10-06 | ����ʿ�뵼������˾ | 图像传感器件及制造方法 |
| CN1668085A (zh) * | 1997-08-15 | 2005-09-14 | 索尼株式会社 | 固态图象传感器和驱动该传感器的方法 |
Family Cites Families (23)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3474700B2 (ja) * | 1996-03-13 | 2003-12-08 | 株式会社東芝 | 固体撮像装置 |
| JP3695827B2 (ja) | 1996-03-13 | 2005-09-14 | 株式会社東芝 | 固体撮像装置 |
| US6043525A (en) * | 1997-04-07 | 2000-03-28 | Chen; Pao-Jung | High speed CMOS photodetectors with wide range operating region |
| JP3369911B2 (ja) | 1997-06-30 | 2003-01-20 | 株式会社東芝 | 固体撮像装置 |
| JP3814379B2 (ja) * | 1997-09-01 | 2006-08-30 | キヤノン株式会社 | 光電変換装置 |
| US6512544B1 (en) * | 1998-06-17 | 2003-01-28 | Foveon, Inc. | Storage pixel sensor and array with compression |
| JP3621844B2 (ja) * | 1999-02-24 | 2005-02-16 | シャープ株式会社 | 増幅型固体撮像装置 |
| JP3693281B2 (ja) * | 1999-09-30 | 2005-09-07 | シャープ株式会社 | 増幅型固体撮像装置 |
| JP3652608B2 (ja) * | 2000-02-22 | 2005-05-25 | イノテック株式会社 | 固体撮像装置の光信号の蓄積方法 |
| FI110455B (fi) * | 2001-09-17 | 2003-01-31 | Nokia Corp | Menetelmä sijainninmäärityksen suorittamiseksi ja elektroniikkalaite |
| JP4434530B2 (ja) * | 2001-09-17 | 2010-03-17 | ソニー株式会社 | 固体撮像装置 |
| JP4147782B2 (ja) * | 2002-02-15 | 2008-09-10 | ソニー株式会社 | アイドリング電流制御方法および固体撮像装置 |
| DE602004021985D1 (de) * | 2003-03-25 | 2009-08-27 | Panasonic Corp | Bildaufnahmevorrichtung, die Detailverlust schattiger Bereiche vermeidet |
| JP4297416B2 (ja) * | 2003-06-10 | 2009-07-15 | シャープ株式会社 | 固体撮像素子、その駆動方法およびカメラ |
| US7709777B2 (en) * | 2003-06-16 | 2010-05-04 | Micron Technology, Inc. | Pumps for CMOS imagers |
| US7022965B2 (en) * | 2003-07-22 | 2006-04-04 | Omnivision Tehnologies, Inc. | Low voltage active CMOS pixel on an N-type substrate with complete reset |
| US6974943B2 (en) * | 2003-07-22 | 2005-12-13 | Omnivision Technologies, Inc. | Active pixel cell using negative to positive voltage swing transfer transistor |
| JP4071190B2 (ja) | 2003-12-02 | 2008-04-02 | シャープ株式会社 | 増幅型固体撮像装置およびその駆動方法 |
| JP4051034B2 (ja) * | 2004-01-28 | 2008-02-20 | シャープ株式会社 | 増幅型固体撮像装置およびその駆動方法 |
| JP4074599B2 (ja) * | 2004-03-26 | 2008-04-09 | シャープ株式会社 | 増幅型固体撮像装置 |
| JP2007096791A (ja) | 2005-09-29 | 2007-04-12 | Sharp Corp | 増幅型固体撮像装置 |
| JP4848739B2 (ja) | 2005-11-01 | 2011-12-28 | ソニー株式会社 | 物理量検出装置および撮像装置 |
| KR20080083475A (ko) * | 2007-03-12 | 2008-09-18 | 삼성전자주식회사 | 픽셀의 누설전류를 방지할 수 있는 영상 촬상 장치 및 그방법 |
-
2005
- 2005-11-01 JP JP2005317910A patent/JP4848739B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
2006
- 2006-10-30 EP EP06022634A patent/EP1781016A3/en not_active Withdrawn
- 2006-10-30 EP EP10008198A patent/EP2244455B1/en not_active Not-in-force
- 2006-10-31 US US11/554,653 patent/US7649561B2/en active Active
- 2006-11-01 CN CN2011101200073A patent/CN102186024B/zh not_active Expired - Fee Related
- 2006-11-01 CN CN2006101379699A patent/CN1960448B/zh not_active Expired - Fee Related
- 2006-11-01 TW TW095140432A patent/TWI335076B/zh not_active IP Right Cessation
- 2006-11-01 KR KR1020060107093A patent/KR101320772B1/ko not_active IP Right Cessation
-
2009
- 2009-12-15 US US12/638,576 patent/US8004591B2/en active Active
-
2011
- 2011-08-10 US US13/206,924 patent/US8675108B2/en active Active
-
2013
- 2013-05-15 KR KR1020130054846A patent/KR101325355B1/ko not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1668085A (zh) * | 1997-08-15 | 2005-09-14 | 索尼株式会社 | 固态图象传感器和驱动该传感器的方法 |
| CN1534790A (zh) * | 1998-02-28 | 2004-10-06 | ����ʿ�뵼������˾ | 图像传感器件及制造方法 |
| JP2002217397A (ja) * | 2001-01-15 | 2002-08-02 | Sony Corp | 固体撮像装置及びその駆動方法 |
| JP2004274229A (ja) * | 2003-03-06 | 2004-09-30 | Canon Inc | 撮像装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP1781016A3 (en) | 2010-06-02 |
| US20110291161A1 (en) | 2011-12-01 |
| TW200735338A (en) | 2007-09-16 |
| KR20070047225A (ko) | 2007-05-04 |
| US8675108B2 (en) | 2014-03-18 |
| CN1960448A (zh) | 2007-05-09 |
| KR101320772B1 (ko) | 2013-10-21 |
| US8004591B2 (en) | 2011-08-23 |
| TWI335076B (en) | 2010-12-21 |
| JP4848739B2 (ja) | 2011-12-28 |
| US20070109879A1 (en) | 2007-05-17 |
| CN102186024A (zh) | 2011-09-14 |
| EP1781016A2 (en) | 2007-05-02 |
| US7649561B2 (en) | 2010-01-19 |
| KR20130061700A (ko) | 2013-06-11 |
| EP2244455B1 (en) | 2013-02-13 |
| KR101325355B1 (ko) | 2013-11-08 |
| JP2007129288A (ja) | 2007-05-24 |
| EP2244455A1 (en) | 2010-10-27 |
| CN1960448B (zh) | 2013-03-06 |
| US20100091159A1 (en) | 2010-04-15 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN102186024B (zh) | 物理量检测装置和成像设备 | |
| US9749557B2 (en) | Solid-state image pickup device in which charges overflowing a memory during a charge transfer period are directed to a floating diffusion and method of driving same | |
| CN1497956B (zh) | 固态图象传感器 | |
| US7889247B2 (en) | Solid-state imaging device, method of driving solid-state imaging device, and imaging apparatus | |
| US8587699B2 (en) | Solid state imaging device | |
| US8558932B2 (en) | Solid state imaging device and camera system | |
| JP3750502B2 (ja) | 固体撮像装置およびカメラシステム | |
| CN111435975A (zh) | 固态摄像装置、固态摄像装置的驱动方法、以及电子设备 | |
| JP4554560B2 (ja) | 一つ以上の浮遊ゲート素子を用いるイメージ・センサ・アーキテクチャ | |
| JP2000125203A (ja) | 増幅型固体撮像装置およびその駆動方法 | |
| KR20130029345A (ko) | 고체 촬상 장치 및 고체 촬상 장치의 제어 방법 | |
| US7372489B2 (en) | Signal processing circuit and solid-state image pickup device | |
| JP5403019B2 (ja) | 物理量検出装置および撮像装置 |
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 | ||
| C41 | Transfer of patent application or patent right or utility model | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20170116 Address after: Kanagawa Japan Atsugi Asahi 4-14-1 Patentee after: SONY semiconductor solutions Address before: Tokyo, Japan, Japan Patentee before: Sony Corp. |
|
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20130821 Termination date: 20181101 |
|
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |