CN102469278A - 具有两个传输栅极截止电压线的图像传感器 - Google Patents

Abstract

本发明的一个方面提供一种设备，该设备包括像素阵列。像素的每一个包括光敏元件及与该光敏元件耦合的传输晶体管。传输晶体管的每一个具有传输栅极。该设备亦包括第一传输栅极截止电压供应导体和第二传输栅极截止电压供应导体。电路与该第一传输栅极截止电压供应导体及该第二传输栅极截止电压供应导体耦合。该电路可操作以将该第一传输栅极截止电压供应导体耦合至该阵列的像素的第一子组的传输栅极。该电路亦可操作以将该第二传输栅极截止电压供应导体同时耦合至该阵列的像素的第二子组的传输栅极。

Description

具有两个传输栅极截止电压线的图像传感器

的技术领域

本发明大致上涉及图像传感器，特别但非排它地涉及用于图像传感器的读出电路及读出方法。

背景技术

图像传感器是普遍的。图像传感器广泛地用于数字相机、数字摄影机、相机电话、图像电话、安全摄影机、医学成像装置、光学滑鼠、玩具、计算机多媒体装置、扫描器、自动图像传感器以及其他类型的电子图像撷取装置中。

一般期望图像传感器产生如实呈现人物、地点、物体或其他场景等所撷取图像的图像。在大部分条件下，这些图像的确如实呈现该场景。然而，在极端条件下，诸如当在暗背景下成像明亮区域时，在这些图像中可能出现被称为条带(banding)的图像假影。

该条带一般是不合需要的。减小这些图像中的条带总量将提供某些优点。

附图说明

通过参照以下描述和附图可最好地理解本发明，以下描述和附图用于说明本发明的实施例。在附图中：

图1是图像传感器系统的方块图。

图2是绘示像素阵列或图像传感器中的两个四晶体管(4T)像素的像素电路的例示性实施例的电路图。

图3是绘示像素的例示性实施例及像素阵列或图像传感器的取样及保持电路的例示性实施例的电路图。

图4概念地绘示图像中的水平或行条带假影的示例。

图5是具有第一传输栅极关闭电压供应导体及第二传输栅极关闭电压供应导体的图像传感器的例示性实施例的方块图。

图6是针对第一传输栅极关闭电压供应导体及第二传输栅极关闭电压供应导体产生不同传输栅极关闭电压的电压产生器的例示性实施例的方块图。

图7是将第一传输栅极关闭电压供应导体及第二传输栅极关闭电压供应导体与像素阵列的像素的第一子组及第二子组的传输栅极耦合的方法的实施例的方块流程图。

图8是将第一传输栅极关闭电压及第二传输栅极关闭电压施加于像素阵列的像素的第一子组及第二子组的传输栅极的方法的实施例的方块流程图。

具体实施方式

在下列描述中，陈述大量特定细节，诸如例如特定电路、电压、操作顺序。然而，应理解的是，本发明的实施例可在并无这些特定细节的情况下执行。在其他实例中，并未详细显示公知电路、结构及技术以免使本发明变得不清楚。图1是图像传感器系统100的实施例的方块图。该图像传感器系统的所绘示的实施例包括像素阵列102、读出电路104、功能逻辑106及控制电路108。

该像素阵列102或图像传感器阵列包括二维像素阵列(例如，像素P1、P2、P3...Pn)。如绘示，该图像传感器阵列的这些像素被配置成诸行(例如，诸行R1至Ry)及诸列(例如，诸列C1至Cx)中。通常存在大量行及大量列。在图像撷取期间，这些像素中的每一个可撷取图像数据数据(例如，图像电荷)。在一个实施例中，每一像素是互补金属氧化物半导体(CMOS)像素。该图像传感器阵列可被实施为前侧照亮图像传感器阵列或后侧照亮图像传感器阵列。在期望彩色图像的一个实施例中，该图像传感器阵列可包括彩色滤色器图案(诸如贝尔(Bayer)图案或红色(R)、绿色(G)及蓝色(B)加色滤色器的镶嵌(例如，RGB、RGBG或GRGB))、青色(C)、紫红色(M)、黄色(Y)及键(K)(例如，黑色)减色滤色器(例如，CMYK)的彩色滤色器图案、两者的组合或另一类型的彩色滤色器图案。该图像传感器阵列可用以撷取图像数据(例如，人、地点或物体的图像数据)，该图像数据可接着用以呈现2D图像(例如，该人、地点或物体的图像)。

在每一像素已撷取其图像数据或图像电荷之后，该图像数据藉由该读出电路104读出并被转移至该功能逻辑106。在一个实施例中，该读出电路可沿读出列线110每次读出一行图像数据，或在另一实施例中，该读出电路可使用另一方法(诸如列读出、串行读出或所有像素同时全部并行读出)读出该图像数据。该读出电路可包括放大电路、模数转换(ADC)电路、增益控制电路或其他电路。在一个方面中，该功能逻辑可仅储存该图像数据，或在另一方面中，该功能逻辑可操纵该图像数据。本领域中已知操纵该图像数据的各种方式。几个代表性实例包括应用一或多个后图像效应(诸如例如剪裁、旋转、去除红眼、调整亮度、调整对比度等)。该功能逻辑可以硬件(例如，电路)、软件、固件或其组合实施。

该控制电路108耦合至该像素阵列以控制该像素阵列的操作特性。举例而言，该控制电路可产生用于控制图像撷取的快门信号。在一个实施例中，该快门信号是全局快门信号，其使该图像传感器阵列中的所有像素在单一撷取窗或曝露周期期间同时撷取它们各自的图像数据。替代性地，该快门信号可为滚动快门信号，其中使像素的各行、各列或其他群组在连续撷取窗期间循序撷取其各自的图像数据。

在一个实施例中，该图像传感器阵列、该读出电路、该控制电路及至少一些该功能逻辑可单片整合于单一管芯或基板上。替代性地，此电路或此逻辑的一些相对于该图像传感器阵列可能不在同一管芯上(off-die)(例如，该功能逻辑的至少一些和/或该控制电路的至少一些可能与该图像传感器阵列不在相同的管芯上)。

在一个或多个实施例中，该图像传感器系统可被包括于数字相机、数字摄影机、相机电话、图像电话、安全摄影机、医学成像装置、光学鼠标、玩具、计算机多媒体装置、扫描器、自动图像传感器或其他电子图像撷取装置中。该电子图像撷取装置亦可包括其他组件(诸如例如发出光的光源、经光耦合以将光聚焦于该像素阵列上的一个或多个透镜、经光耦合以容许光经过该一个或多个透镜的快门、处理图像数据的处理器及储存图像数据的存储器)。

图2是绘示像素阵列或图像传感器阵列中的两个四晶体管(4T)像素Pa及Pb(统称为像素212)的像素电路的例示性实施例的电路图。该像素电路仅是适合的像素电路的一个示例，且本发明的范畴并不限于此特定像素电路。针对其他4T像素的其他像素电路以及针对具有传输栅极以及多于或少于四个晶体管、包括其中两个或两个以上像素共用一个或多个晶体管的像素的像素的其他像素电路亦是适合的。可在图1的该像素阵列102或完全不同的像素阵列中实施该像素电路。

该像素Pa及该像素Pb被配置于两行及一列中且分时共用读出列线210。该读出列线有时候称为位线。这些像素中的每一个包括光敏元件PE(例如，光电二极管)、传输晶体管T1、重设晶体管T2、源极跟随器或放大器(AMP)晶体管T3、行选择晶体管T4及浮动扩散节点FD。该浮动扩散节点FD可代表接收并保持电荷的电路节点。

在例示性操作模式中，该重设晶体管T2可在施加于该重设晶体管T2的重设信号RST的控制下重设该像素(例如，使该浮动扩散节点FD及该光敏元件PE放电或充电至预设电压)。该重设晶体管T2耦合于供应电压VDD(例如，供电干线)与该浮动扩散节点FD之间。该光敏元件PE及该浮动扩散节点FD可通过临时向该重设晶体管T2确立重设信号RST及向该转移晶体管T1的传输栅极确立传输信号TX而被重设至该供应电压VDD。

该重设晶体管T2及该转移晶体管T1可各自代表可控开关。这些晶体管或开关可处于其导电或打开的导通状态(即“导通(on)”)或处于其不导电或关闭的截止状态(即“截止(off)”)。这些晶体管或开关可基于施加于这些晶体管(例如，这些晶体管的栅极)的电压或其他电信号或控制信号而控制为「导通」或「截止」。举例而言，该传输信号TX的确立可包括施加给定电压或信号至该传输晶体管T1的传输栅极，该给定电压或信号可操作以将该转移晶体管T1置于「导通」状态。可能存在对该转移晶体管T1的传输栅极提供该电压的线或导线(此绘示中并未显示)。

图像积累窗或曝露周期可藉由撤销该传输信号TX及允许入射光曝露于该光电二极管或其他光敏元件PE而开始。该传输信号TX的撤销可包括施加不同电压或其他电信号至该传输晶体管T1的传输栅极，该不同电压或其他电信号经操作以将该传输晶体管T1置于「截止」状态。此可被称为传输栅极截止状态电压或信号。该光敏元件PE响应于施加至该光敏元件PE或藉由该光敏元件PE接收的光而经操作以产生一电荷。举例而言，该光敏元件PE上的入射光可产生称为光生电子的电子。随着光生电子在该光敏元件PE上积累，其电压可降低，这是因为电子是负电荷载流子。该光敏元件PE上累积的电压或电荷总量可指示曝露周期期间该光敏元件PE上的入射光总量/强度，且可代表图像数据。

在该曝露周期结束时，该重设信号RST可被撤销以使该浮动扩散节点FD绝缘。在该传输晶体管T1的传输栅极上可再次确立该传输信号TX以使该传输晶体管T1或开关处于「导通」状态以将该光敏元件PE上累积的电荷转移至该浮动扩散节点FD。该电荷转移可导致该浮动扩散节点FD的电压从该供应电压VDD降低至指示该图像数据(例如，该曝露周期期间内该光敏元件PE上累积的光生电子)的第二电压。该浮动扩散节点FD经耦合以控制该AMP晶体管T3的栅极端子。此第二电压可偏压该AMP晶体管T3。AMP晶体管T3作为对该浮动扩散FD提供高阻抗连接的源极跟随器晶体管。

该AMP晶体管T3耦合在该供应电压VDD与该行选择晶体管T4的间。该AMP晶体管T3具有耦合至浮动电路节点FD的栅极端子及耦合至列读出线或位线的通道端子。当在该行选择晶体管T4上确立该行选择信号RS时，该AMP晶体管T3耦合至该读出列线。当该行选择信号RS施加于该行选择晶体管T4时，该行选择晶体管T4选择性地将该像素的输出耦合至该读出列线。

为绘示的目的，已显示并描述针对4T像素的电路的特定示例。不同的4T像素以及具有传输栅极及少于或多于四个像素、包括其中两个或两个以上像素共用一个或多个晶体管的像素的像素亦是适合的。此外，在一个或多个实施例中，重设晶体管、源极跟随器晶体管及行选择晶体管中的一个或多个可由两个或两个以上像素共用。

图3是绘示像素P的例示性实施例及像素阵列或图像传感器的取样及保持电路314的例示性实施例的电路图。在一个实施例中，该像素P及该取样及保持电路314可在图1的图像传感器系统或类似物中实施。替代性地，该像素P及该取样及保持电路314可在完全不同的图像传感器系统中实施。

所绘示的像素P类似于图2的像素Pa及Pb，且将不会被进一步详细地讨论。如前述，其他像素电路(例如，具有其他数量晶体管的像素电路)亦适合于该像素P。该像素P是与读出列线310耦合。类似地，该像素阵列的列中的其他像素可与该读出列线耦合。

该取样及保持电路314操作以取样并保持藉由像素撷取的图像数据。在每一像素内，使用该行选择晶体管T4以在该行选择信号RS的控制下在给定时刻选择该像素阵列中的一行以将图像信号传输至该取样及保持电路314中。取样及保持电路的所绘示的实施例包括第一保持晶体管T5、参考电容器Cref、第一选择晶体管T6、第二保持晶体管T7、信号电容器Csig及第二选择晶体管T8。在一个实施例中，取样及保持电路由耦合至该列读出线的像素而分时共用。

可从该像素P撷取黑阶参考信号。该黑阶参考信号可用作偏移值以消除热噪声或其他电路噪声。通过向第一保持晶体管T5确立HDBLK信号以利用参考电容器Cref取样从该列读出线上的像素P输出的该黑阶参考信号。经取样的黑阶参考信号可随后在施加于该第一选择晶体管T6的第一选择信号SEL1的控制下透过该第一选择晶体管T6从该取样及保持电路输出。

亦可从该像素撷取图像信号。类似地，可通过向该第二保持晶体管T7确立HDSIG信号以利用信号电容器Csig取样从该列读出线上的像素P输出的该图像信号来撷取该图像信号。经取样的图像信号可随后在施加于该第二选择晶体管T8的第二选择信号SEL2的控制下透过该第二选择晶体管T8从该取样及保持电路输出。

图4概念地绘示图像420中的水平或行条带假影422的示例。该水平或行条带假影可在某些条件下或在某些环境中(诸如当相对于暗背景撷取包括明亮窗或其他区域的图像时)发生于摄影机或其他图像撷取装置中。为如实呈现被成像物，该图像420应于该图像中的右边及中心处包括明亮区域或窗424，而相对于应当是暗背景426的其它地方。然而，在实际图像中，该水平或行条带假影422存在于对应于该明亮区域或窗424范围的诸行处的图像中的左边及中心处。该水平或行条带代表包括该明亮窗的诸行处的假影明亮区域。该水平或行条带区域422应为暗状态而并非明亮。在相对于暗背景对非常亮的窗口或区域成像时，该水平或行条带假影趋向更显著且在具有大量像素的阵列中趋向更显著。此水平或行条带一般是不希望有的。

并未希望受限于理论，目前据信促成水平或行条带的一个因素是提供至传输栅极的传输栅极截止状态电压值的非所期扰动或变更。这些传输栅极截止状态电压的扰动或变更至少部分归因于寄生电容。该寄生电容通常包括不可避免且一般不需要的电容，该电容存在于被不导电或绝缘材料分开的紧密隔开的导体之间，由于这些导体彼此靠近而引起。

这些截止状态电压通常使用单一线或导线提供至传输栅极。此单一线路或导线将被称为单一传输栅极截止电压供应线或导线。在图像信号读出期间，读出列线或位线上的电压可归因于该图像数据而改变。读出列线上的电压的改变或摆动对于具有明亮窗或明亮区域的图像的诸行而言可能较大。由于读出列线与各个像素的传输栅极的接近，读出列线可与各个像素的传输栅极电容性耦合。在该图像信号读出的取样/保持阶段期间，所有像素的传输栅极可与该单一传输栅极截止电压供应线耦合(即，该截止状态电压被施加于或耦合至传输栅极)。因此，读出列线亦可在该图像信号读出期间与所有像素的传输栅极截止电压供应线电容性耦合。举例而言，在具有1千2百万个像素的12百万像素(MP)图像传感器的情况下，若每一像素处的耦合电容是(例如)0.1毫微微法(fF)，则读出列线与该传输栅极截止电压供应线之间的总耦合电容可为1.2奈法(nF)。若读出列线上的电压摆动是1伏特(V)，则耦合至该单一传输栅极截止状态电压供应线的电荷将为大约1.2nF乘以1V。读出列线上的电压摆动越大，通常经耦合的电荷量越大。

可扰动或变更该传输栅极截止电压供应线上所供应的电压(例如，在该单一传输栅极电压供应线上可能存在小的电压变化)，且将该电压设定/稳定至其初始值可花费大量时间(例如，在若干微秒的数量级上)。进一步而言，该传输栅极截止电压供应线亦可透过传输栅极与所选择的列像素的浮动扩散节点FD耦合。相比而言，在黑阶参考信号的撷取期间(即，当没有光被用于故意地曝露该像素阵列或用来故意地曝露该像素阵列的光较少时)，读出列线上可能不存在电压摆动或存在的电压摆动至少显著较少，这是由于这些像素累积电荷较少(例如，通常没有光入射于该像素阵列上)。因此，读出列线与传输栅极截止电压供应线之间的电容耦合可能小得多。因此，该传输栅极截止电压供应线上的传输栅极截止电压可能不被扰动，或至少可显著较少地被扰动(即，电压若有任何变化也小得多)。因此，该单一传输栅极截止电压供应线上的传输栅极截止电压可在图像信号读出期间变化，但在黑阶参考信号读出期间可能不变化(或至少较少变化)。该传输栅极截止电压供应线上的传输栅极截止电压亦可透过该等传输栅极与所选择的行像素的该等浮动扩散节点耦合。当该单一传输栅极截止电压供应线上的传输栅极截止电压在图像信号读出及黑阶参考信号读出期间不同时，会产生、导致或至少促成列条带。

简而言之，不同的行传输栅极截止电压在读出时序期间可能具有不同的电压变化，这是由于不同的图像信号强度的寄生耦合。若该传输栅极截止电压不可能完全稳定或设定，则在极高增益下，差值尤其可使该图像中产生图像假影。如下文将进一步解释，使用如本文所揭示的该两个传输栅极截止电压供应线可有助于显著减小该传输栅极供应线上的电压的变化，且对应地有助于减小图像假影的程度。

图5是具有一第一传输栅极截止电压供应导体530及第二传输栅极关闭电压供应导体532的图像传感器500的实施例的方块图。在一个或多个实施例中，该图像传感器500传输栅极截止电压供应导体530、532可被包括在图1的图像传感器中或类似物中或完全不同的图像传感器中。在一个或多个实施例中，该图像传感器500可为CMOS图像传感器。

该图像传感器包括像素阵列502。该像素阵列是一个二维像素阵列，其中像素P是配置成多行(行R1至行Ry)与多列(列C1至列Cx)中。通常存在大量行与列(例如，在无限制的情况下可从1百万像素至20百万像素或更多，其中一百万像素(megapixel)是一百万个像素)。在一个或多个实施例中，这些像素可类似于图2的像素Pa和像素Pb。替代性地，可视需要使用完全不同的像素(诸如具有传输栅极及四个晶体管、多于四个晶体管或少于四个晶体管、包括其中两个或两个以上像素共用一或多个晶体管的像素)。

每个像素包括光敏元件PE以提供光敏元件PE的阵列。在一个实施例中，光敏元件PE是光电二极管。替代性地，光敏元件的其他示例包括但不限于电荷耦合器件(CCD)、量子器件光侦测器、光电门、光晶体管及光导体。据信互补金属氧化物半导体(CMOS)有源像素传感器(APS)中所使用的光敏元件是特别适合的。

像素的每一个包括传输晶体管TT以提供传输晶体管TT的阵列。传输晶体管的每一个具有传输栅极TG。这些传输晶体管可代表可控开关。这些传输晶体管或开关可处于「导通」状态或处于「截止」状态。可基于施加于传输栅极的电压或其他电信号或控制信号控制晶体管或开关处于该「导通」状态或处于该「截止」状态。举例而言，可将传输栅极「导通」电压施加于传输栅极以导致该传输晶体管处于「导通」状态，以使电荷从该光敏元件PE转移至浮动扩散节点，或可将传输栅极「截止」电压施加于该传输栅极以导致该传输晶体管处于「截止」状态，以使该光敏元件PE与该浮动扩散节点断开。

再次参考图5，该图像传感器亦包括该第一传输栅极截止电压供应导体530及该第二传输栅极截止电压供应导体532。该第一传输栅极截止电压供应导体及该第二传输栅极截止电压供应导体可各自包括一条或多条线、导线、导轨、互连、路径、其他电压供应结构或其组合形式的一种或多种金属或其他导电材料。该第一传输栅极截止电压供应导体及该第二传输栅极截止电压供应导体可为完全独立导体，或者该第一传输栅极截止电压供应导体及该第二传输栅极截止电压供应导体可共用导体的共用片段(例如，它们可以是源自共用或共用线、导线处的分支或分叉或其他导体)。该第一传输栅极截止电压供应导体及该第二传输栅极截止电压供应导体中的每一个可传导或以其他方式供应传输栅极截止状态电压。该传输栅极截止状态电压可为对应于传输晶体管或传输栅极截止状态的电压和/或可为用于产生或导致传输晶体管或传输栅极截止状态的电压。

该图像传感器亦包括电路534。该电路与该第一传输栅极截止电压供应导体530和该第二传输栅极截止电压供应导体532耦合。该电路经操作以将该第一传输栅极截止电压供应导体530耦合至该阵列的像素的第一子组的传输栅极TG。该电路亦经操作以同时将该第二传输栅极截止电压供应导体532耦合至该阵列的像素的第二子组的传输栅极TG。

如所示，在一个实施例中，该电路可包括多个个开关S1、Sj、Sy。适合于实施开关的各种不同类型的电路是适合的。开关的每一个可与该第一传输栅极截止电压供应导体530及该第二传输栅极截止电压供应导体532两者耦合。开关的每一个亦与该阵列的像素的不同群组或子组的传输栅极耦合。在所绘示的例示性实施例中，为每一行像素提供一个开关。第一开关S1与像素的第一行R1的传输栅极TG耦合；第j开关Sj是与像素的第j行Rj的传输栅极TG耦合；第y开关Sy与像素的行Ry的传输栅极TG耦合。开关的每一个可用于将对应的行像素的传输栅极与该第一传输栅极截止电压供应导体530或该第二传输栅极截止电压供应导体532可切换地耦合。在替代性实施例中，这些开关可与其他像素群组(例如，两行或两行以上像素)耦合。

在所绘示的例示性实施例中，当前选择了单个行(在此示例中是行Rj)以进行读出。在一个实施例中，行计数器电路或控制器单元(未显示)可在适当时间通过产生用于读出的地址来选择进行读出的行Rj。该所选择的行Rj的传输栅极与该第一传输栅极截止电压供应导体530耦合，而在所绘示的实施例中，所有其他像素行的传输栅极与该第二传输栅极截止电压供应导体532耦合。该开关Sj使由该第一传输栅极截止电压供应导体530提供的该第一传输栅极截止电压可切换地耦合至像素的该行Rj的传输栅极。在一个实施例中，无论何时未施加该传输栅极导通电压和/或无论何时电荷从光电二极管传输至该行Rj中的浮动扩散节点，该行Rj的传输栅极在该行Rj的读出过程期间与该第一传输栅极截止电压供应导体530耦合。该开关S1使由该第二传输栅极截止电压供应导体532提供的该第二传输栅极截止电压同时可切换地耦合至像素的该行R1的传输栅极。类似地，该开关Sy使由该第二传输栅极截止电压供应导体532供应的该第二传输栅极截止电压同时可开关地耦合至像素的该行Ry的传输栅极。

虽然所绘示的例示性实施例显示针对读出而选择的单一行，但本发明的范畴并不限于此。在一个或多个替代性实施例中，可针对同时读出而选择两个、三个或更多个行。同时读出有助于在一给定的时间量内读出大量像素，且趋向对于具有大量像素的图像传感器有用。在一个实施例中，针对读出而选择的该多个行可与该第一传输栅极截止电压供应导体530耦合，然而该阵列的其他行可与该第二传输栅极截止电压供应导体532耦合。

进一步而言，无需仅将针对读出而选择的那些行与该第一传输栅极截止电压供应导体530耦合。在一个实施例中，未被选择进行读出的其他行可选地和针对读出而选择的一行或多行一起与该第一传输栅极截止电压供应导体530耦合。在一个实施例中，包括针对读出而选择的该一行或多行的多行的子组(通常少于这些行的一半以实现行条带的期望减小)可与该第一传输栅极截止电压供应导体530耦合，而多行的另一子组(例如，所有剩余的行)可与该第二传输栅极截止电压供应导体532耦合。

虽然已描述使用读出行的实施例及描述多行耦合至该第一传输栅极截止电压供应导体或该第二传输栅极截止电压供应导体的实施例，但是本发明的范围并不限于此。使用读出列是普遍的，但并非必需的。在各种其他实施例中，可选择列的一部分用于读出，可选择一个或多个像素用于读出，可选择一列或多列用于读出，可选择一行或多行中的像素的块或其它组用于读出等等，而不是选择多行用于读出。在此等实施例中，包括所选择的像素的像素的子组可与该第一传输栅极截止电压供应导体530耦合，而并未包括所选择的像素的像素的另一子组可与该第二传输栅极截止电压供应导体532耦合。此外，可能存在三个或三个以上传输栅极截止电压供应导体，而并非仅存在两个传输栅极截止电压供应导体。

有利的是，使用该第一传输栅极截止电压供应导体530及该第二传输栅极截止电压供应导体532两者来代替单一导体可有助于减小行条带。如前所提及，并未希望受限于理论，目前据信促成条带的一个因素是至少部分归因于寄生电容的提供至传输栅极的传输栅极截止状态电压值的不希望有的扰动或变更。当已提供该第一传输栅极截止电压供应导体530及该第二传输栅极截止电压供应导体532时，藉由包括针对读出而选择的那些像素的像素子组耦合至该第一传输栅极截止电压供应导体530的电荷量将显著较少，且该第一传输栅极截止电压的扰动或变化亦将显著较少。举例而言，在具有分成3百万行及4百万列的12百万像素的12百万像素图像传感器的情况下，若每一像素处的耦合电容是(例如)0.1fF且仅一行耦合至该第一传输栅极截止电压供应导体，则至该第一传输栅极关闭电压供应导体的总耦合电容可仅为大约0.4皮法(pF)。若位线摆动是1V，则耦合至该第一传输栅极截止电压供应导体的电荷将仅为0.4pF乘以1V。该0.4pF乘以1V的电荷仅是上述该1.2nF乘以1V的电荷的一小部分，且通常将不扰动或变更该第一传输栅极截止电压。这可有助于减小条带图像假影。

在一个或多个实施例中，可在该第一传输栅极截止电压供应导体及该第二传输栅极截止电压供应导体上提供大致上相同的传输栅极截止电压值。如本文所使用，当传输栅极截止电压值或电压相差在0.1V内时，这些传输栅极关闭电压值或电压大致上相同。替代性地，在一个或多个实施例中，可在该第一传输栅极截止电压供应导体及该第二传输栅极截止电压供应导体上提供显著不同的传输栅极截止电压值。如本文所使用，当这些传输栅极关闭电压值或电压相差超过0.1V时，这些传输栅极截止电压值或电压大致上是不同的。

图6是可用于对第一传输栅极截止电压供应导体630及第二传输栅极截止电压供应导体632产生不同传输栅极截止电压的电压产生器640的方块图640。在一个实施例中，该电压产生器640及该第一传输栅极截止电压供应导体630以及该第二传输栅极截止电压供应导体632可被包括在图5的图像传感器500中或类似物中或被包括在完全不同的图像传感器中。

该电压产生器包括第一传输栅极截止电压产生器电路或部分642，用于在耦合至该第一传输栅极截止电压产生器电路或部分642的该第一传输栅极截止电压供应导体630上产生并提供第一传输栅极截止电压。该电压产生器亦包括第二传输栅极截止电压产生器电路或部分644，用于在耦合至该第二传输栅极截止电压产生器电路或部分644的该第二传输栅极截止电压供应导体632上产生并提供不同的第二传输栅极截止电压。

一些图像可展示图像滞后，在该图像滞后中整个图像信号在给定读出期间并非完全读出，但是可在一个或多个后继读出中阅读的一些残留信号反而保持下来。举例而言，具有高全井容量(FWC)的小像素可经历一些图像滞后。全井容量代表可由每个像素收集并转移的电荷量或电子量。

在一个或多个实施例中，大致上不同的传输栅极截止电压可用于帮助减小图像滞后。可在该第一传输栅极截止电压供应导体630上将该第一传输栅极截止电压提供至包括针对读出而选择的像素的诸像素的第一子组，而可在该第二传输栅极截止电压供应导体632上将该第二传输栅极截止电压提供至包括针对读出而未选择的像素的诸像素的第二子组。为有助于减小图像滞后，与第二传输栅极截止电压相比，该第一传输栅极截止电压与传输栅极「导通」电压(例如，TX信号)的差值可更大。

举例而言，在一个实施例中，该传输晶体管可为n型金属氧化物半导体(NMOS)场效晶体管(FET)。对于该n型FET，藉由该第一电路642产生的第一传输栅极截止电压可具有在从约-1.5V至大约-2.5V的范围中的电压，且藉由该第二电路644产生的第二传输栅极截止电压可具有在从约-0.5V至大约-1.5V的范围中的较小负电压。在一些情况中，该第一传输栅极截止电压可在从约-1.8V至约-2.2V的范围中，且该第二传输栅极截止电压可具有在从约-0.8V至约-1.2V的范围中的较小负电压。类似的不同正电压适合于p型FET传输晶体管。

使用与该第二传输栅极关闭电压相比具有与传输栅极「导通」电压更大的电压差(例如，NMOS传输晶体管的情况下的更负的第一传输栅极截止电压)的第一传输栅极截止电压，可有助于增加该浮动扩散节点(FD)上的电压。该传输栅极「导通」电压与「截止」电压之间的电压差越大，当该传输栅极导通以将该图像电荷转移至该浮动扩散节点时该传输栅极上的电压摆动或变化越大。因为该传输栅极对该浮动扩散节点具有一定量的耦合电容，所以此较大的电压摆动或变化可趋向有助于增加该浮动扩散节点上的后继传输电压。这可有助于减小图像滞后。负电压的使用的另一优点在于它们可有助于减小暗电流。

常规地，单一传输栅极关闭电压供应线上的此等相对较负传输栅极截止电压(例如，在从约-1.5V至约-2.5V的范围中)的使用将趋向具有缺陷(诸如白色像素的增加和/或器件可靠性的降低)。此类相对较负传输栅极截止电压将趋向跨该传输栅极产生较高电场，而导致更多白色像素，且将趋向跨该传输栅极产生较高电压降而导致器件可靠性降低。然而，藉由包括该两个传输栅极截止电压供应导体以及仅对整个阵列的总读出时间的一部分或一小部分使用相对较负传输栅极截止电压，那些缺陷可显著减小并亦观察到图像滞后的减少。举例而言，在一个实施例中，每一行可仅在该行正被读出时经受这些相对较负传输栅极截止电压，而在另外一些时候，该行可经受较少负传输栅极截止电压(例如，从约-0.5V至约-1.5V的电压)。因此，图像滞后可在并未显著产生白色像素或器件可靠性降低的情况下减小。

图7是将第一传输栅极截止电压供应导体及第二传输栅极截止电压供应导体与像素阵列的诸像素的第一子组及第二子组的传输栅极耦合的方法750的实施例的方块流程图。在一个或多个实施例中，该方法可由图5的图像传感器500或类似物执行和/或在图5的图像传感器500或类似物中执行。替代性地，该方法750可由图像传感器或具有完全不同于图5的该图像传感器的图像传感器的电子装置执行，和/或在该图像传感器或具有完全不同于图5的该图像传感器的该图像传感器的电子装置中执行。

在方块752处，该方法包括使图像传感器的像素阵列曝露于光。每个像素可具有光敏元件及与该光敏元件耦合的传输晶体管。每一传输晶体管可具有一传输栅极。

在方块754处，可选择该阵列的像素的第一子组用于读出。在一个实施例中，这些像素的该第一子组可为选择用于读出的一行或多行像素。在一个实施例中，行计数器电路或控制器单元可通过产生一个或多个行地址用于读出来选择该一行或多行像素。

在方块756处，第一传输栅极截止电压供应导体可与像素的所选择的第一子组的传输栅极耦合。在一个实施例中，对应于被选择用于读出的该一行或多行像素的一个或多个开关可被控制以将该一个或多个所选择的行与该第一传输栅极截止电压供应导体耦合。在一些实施例中，包括被选择用于读取的该行(或多行)的一行或多行像素亦可任选地与该第一传输栅极截止电压供应导体耦合。

在方块758处，同时，第二传输栅极截止电压供应导体可与该阵列的像素的不同的第二子组的传输栅极耦合。在一个实施例中，除了与该第一传输栅极截止电压供应导体耦合的像素的像素阵列的行之外，与所有其他行相对应的开关可经控制以将它们的对应行中的传输栅极与该第二传输栅极截止电压供应导体耦合。

在一个或多个实施例中，来自该第一传输栅极截止电压供应导体及该第二传输栅极截止电压供应导体的电压大致上可相同。替代性地，在一个或多个实施例中，来自该第一传输栅极截止电压供应导体及该第二传输栅极截止电压供应导体的电压大致上可不同。

图8是将第一传输栅极截止电压及第二传输栅极截止电压施加于像素阵列的像素的第一子组及第二子组的传输栅极的方法860的实施例的方块流程图。在一个或多个实施例中，该方法可由图5的图像传感器500或类似物执行和/或在图5的图像传感器500或类似物中执行。替代性地，该方法860可由图像传感器或具有完全不同于图5的该图像传感器的图像传感器的电子装置执行和/或在该图像传感器或具有完全不同于图5的该图像传感器的该图像传感器的电子装置中执行。

在方块861处，选择像素阵列的诸像素的第一子组以用于读出。该阵列的各个像素可具有光敏元件和与该光敏元件耦合的转移晶体管。每个转移晶体管可具有传输栅极。

在方块862处可产生第一传输栅极截止电压，且在方块863处可产生第二传输栅极截止电压。在一个实施例中，该第一传输栅极截止电压及该第二传输栅极截止电压大致上可不同。在一个实施例中，与第二传输栅极截止电压相比，该第一传输栅极截止电压可具有更大的与传输栅极开启电压的电压差。举例而言，对于n型FET，该第一传输栅极截止电压可在从约-1.5V至约-2.5V的范围内变化，且该第二传输栅极截止电压可以是在从约-0.5V至约-1.5V的范围内的较小负电压。在一些情况中，该第一传输栅极截止电压可在从约-1.8V至约-2.2V的范围内变化，且该第二传输栅极截止电压可在从约-0.8V至约-1.2V的范围内变化。这些电压可藉由图6的电压产生器640或完全不同的电压产生器产生。

在方块864处，该第一传输栅极截止电压可施加于像素的所选择的第一子组的传输栅极。在方块865处，同时，该第二传输栅极截止电压可施加于像素的第二子组的传输栅极。显著不同的传输栅极截止电压可有助于在并未显著不利地导致白色像素或降低器件可靠性的情况下减小图像滞后。

在以上描述及下列专利申请范围中，使用术语「经耦合」及「经连接」以及其派生词。应了解的是，这些术语并不旨在彼此同义。相反地，在特定实施例中，「经连接」可用以指示两个或两个以上元件彼此直接实体接触或电接触。「经耦合」可表示两个或两个以上元件直接实体接触或电接触。然而，「经耦合」亦可表示两个或两个以上元件并非彼此直接接触，但是仍彼此协作或相互作用。举例而言，电路可透过一个或多个中间组件与传输栅极截止电压供应导体耦合。

在以上描述中，为解释的目的，已陈述大量特定细节以提供对本发明的透彻理解。然而，对本领域普通技术人员显而易见，一个或多个其他实施例可在并无这些特定细节的情况下执行。已提供所描述的该等特定实施例并不限制本发明而是说明本发明。本发明的范畴并非由以上提供的这些特定示例决定，而仅由所附权利要求决定。在其他实例中，以方块图形式或并非详细显示公知电路、结构、装置及操作以避免使本发明的理解变得不清楚。在认为合适的地方，已在各附图中重复附图标记或附图标记的终端部分，以指示可任选地具有类似特性的对应的或类似元件。

本领域普通技术人员亦将了解的是，可对本文所揭示的这些实施例作出修改(诸如例如对这些实施例的组件的组态、量值、功能及操作方式作出修改)。等效于附图中所绘示的关系及本说明书中所描述的关系的所有关系被包括于本发明的实施例中。

已描述各种操作及方法。已在流程图中以基本形式描述这些方法中的一些，但是可任选地对该等方法增加操作和/或从该等方法移除操作。再者，虽然这些流程图显示根据例示性实施例的该等操作的特定顺序，但应了解的是，该特定顺序是例示性的。替代实施例可视需要以不同顺序执行这些操作、组合某些操作、重迭某些操作等。

亦应了解的是，例如，贯穿本发明对「一实施例」、「一个实施例」或「一个或多个实施例」的引用表示特定特征可包括于本发明的实践中。类似地，应了解的是，针对简化揭示内容并辅助各种发明方面的理解的目的，在该描述中各种特征有时候与单一实施例中的附图或描述聚合在一起。然而，揭示内容的此方法并不被解释为反映本发明需要的特征多于每一权利要求中所明确列举的特征的意图。相反地，如所附权利要求所反映，发明方面可在少于单一揭示实施例的所有特征下存在。因此，特此将「具体实施方式」后的权利要求术明确地并入「具体实施方式」中，其中每一权利要求本身均可作为本发明的独立实施例。

Claims (22)

1.一种设备，其包括：

像素阵列，所述阵列的每个像素包括：

光敏元件；以及

与光敏元件耦合的传输晶体管，所述传输晶体管具有传输栅极；

第一传输栅极截止电压供应导体；

第二传输栅极截止电压供应导体；以及

与第一传输栅极截止电压供应导体和第二传输栅极截止电压供应导体耦合的电路，所述电路可操作以将第一传输栅极截止电压供应导体耦合至所述阵列的像素的第一子组的传输栅极，且同时将第二传输栅极截止电压供应导体耦合至所述阵列的像素的第二子组的传输栅极。

2.如权利要求1所述的设备，其特征在于，第一传输栅极截止电压供应导体可操作以供应第一传输栅极截止电压，其中第二传输栅极截止电压供应导体可操作以供应第二传输栅极截止电压，且其中第一传输栅极截止电压与第二传输栅极截止电压显著不同。

3.如权利要求2所述的设备，其特征在于，所述阵列的像素的第一子组包括被选择用于读出的像素，其中所述阵列的像素的第二子组包括未被选择用于读出的像素，且其中第一传输栅极截止电压与第二传输栅极截止电压相比与传输栅极导通电压的电压差更大。

4.如权利要求3所述的设备，其特征在于，传输晶体管包括N型场效应晶体管，其中第一传输栅极截止电压具有从-1.5V至-2.5V范围内的电压，且其中第二传输栅极截止电压具有从-0.5V至-1.5V范围内的电压。

5.如权利要求4所述的设备，其特征在于，所述第一传输栅极截止电压在从-1.8V至-2.2V的范围内，其中第二传输栅极截止电压具有从-0.8V至-1.2V的范围内的电压。

6.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述第一传输栅极截止电压供应导体可操作以供应第一传输栅极截止电压，其中第二传输栅极截止电压供应导体可操作以供应第二传输栅极截止电压，且其中第一传输栅极截止电压与第二传输栅极截止电压具有基本相同的电压值。

7.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述像素的第一子组是被选择用于读出的像素，且其中所述像素的第二子组是未被选择用于读出的像素。

8.如权利要求7所述的设备，其特征在于，被选择用于读出的像素的第一子组包括一行或多行像素。

9.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述电路包括：

第一组的一个或多个开关，所述第一组的一个或多个开关与第一传输栅极截止电压供应导体和第二传输栅极截止电压供应导体耦合，且各自与所述像素中的所述第一子组中的不同像素行中的像素的传输栅极耦合；以及

第二组的一个或多个开关，所述第二组的一个或多个开关与第一传输栅极截止电压供应导体和第二传输栅极截止电压供应导体耦合，且各自与所述像素中的所述第二子组中的不同像素行中的像素的传输栅极耦合。

10.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述像素阵列包括至少12百万像素。

11.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述设备包括互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器。

12.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述第一传输栅极截止电压供应导体和第二传输栅极截止电压供应导体各自包括选自线、导线、导轨、互连及导电路径中的一个或多个。

13.如权利要求1所述的设备，其特征在于，进一步包括：

经光耦合以在所述像素阵列上聚焦光的一个或多个透镜；

经光耦合以容许光经过所述一个或多个透镜的快门；

用于处理图像数据的处理器；以及

用于储存图像数据的存储器。

14.一种设备，包括：

图像传感器，所述图像传感器包括光敏元件的阵列，所述光敏元件中的每一个与对应的传输晶体管耦合，所述传输晶体管中的每一个具有传输栅极；

第一传输栅极截止电压供应线，用于供应第一传输栅极截止电压；

第二传输栅极截止电压供应线，用于供应第二传输栅极截止电压；以及

第一开关，所述第一开关与第一传输栅极截止电压供应线和第二传输栅极截止电压供应线耦合并与传输栅极的第一子组耦合，所述第一开关将第一传输栅极截止电压可切换地耦合至传输栅极的所述第一子组；

第二开关，所述第二开关与第一传输栅极截止电压供应线和第二传输栅极截止电压供应线耦合并与传输栅极的第二子组耦合，所述第二开关将第二传输栅极截止电压可切换地耦合至传输栅极的所述第二子组。

15.如权利要求14所述的设备，其特征在于，第一传输栅极截止电压和第二传输栅极截止电压显著不同。

16.如权利要求15所述的设备，其特征在于，传输栅极的所述第一子组包括被选择用于读出的像素的传输栅极，其中传输栅极的第二子组包括未被选择用于读出的像素，且其中第一传输栅极截止电压与第二传输栅极截止电压相比与传输栅极导通电压的电压差更大。

17.如权利要求14所述的设备，其特征在于，传输栅极的所述第一子组是被选择用于读出的像素的传输栅极，且其中传输栅极的所述第二子组是未被选择用于读出的像素的传输栅极。

18.一种图像传感器，包括：

像素阵列，所述阵列的像素的每一个包括：

光敏元件；以及

与所述光敏元件耦合的传输晶体管，所述传输晶体管具有传输栅极；

第一电压产生器电路，所述第一电压产生器电路用于产生第一传输栅极截止电压；以及

与所述第一电压产生器电路耦合的第一传输栅极截止电压供应导体，所述第一传输栅极截止电压供应导体接收并供应第一传输栅极截止电压；

第二电压产生器电路，所述第二电压产生器电路产生不同于第一传输栅极截止电压的第二传输栅极截止电压；

与第二电压产生器电路耦合的第二传输栅极截止电压供应导体，所述第二传输栅极截止电压供应导体接收并供应第二传输栅极截止电压；以及

包括多个开关的电路，所述多个开关各自与第一传输栅极截止电压供应导体和第二传输栅极截止电压供应导体耦合，所述多个开关包括：

第一开关，所述第一开关可操作以将第一传输栅极截止电压可切换地耦合至被选择用于读出的第一行像素的传输栅极；以及

第二开关，所述第二开关可操作以同时将第二传输栅极截止电压可切换地耦合至未被选择用于读出的第二行像素的传输栅极，

其中第一传输栅极截止电压与第二传输栅极截止电压相比与传输栅极开启电压的电压差更大。

19.一种方法，包括：

使图像传感器的像素阵列曝露于光，所述像素的每一个具有光敏元件和与所述光敏元件耦合的传输晶体管，每一传输晶体管具有传输栅极；

选择所述阵列的像素的第一子组以用于读出；

将第一传输栅极截止电压供应导体耦合至像素的所选择的所述第一子组的传输栅极；以及

同时将第二传输栅极截止电压供应导体耦合至所述阵列的像素的第二子组的传输栅极。

20.如权利要求19所述的方法，其特征在于，进一步包括：

将第一传输栅极截止电压从第一传输栅极截止电压供应导体提供至所述像素的所述第一子组；以及

将第二传输栅极截止电压从第二传输栅极截止电压供应导体提供至像素的所述第二子组，其中第一传输栅极截止电压和第二传输栅极截止电压显著不同。

21.如权利要求19所述的方法，其特征在于，所述像素的所述第一子组包括被选择用于读出的像素，其中所述像素的所述第二子组包括未被选择用于读出的像素，且其中第一传输栅极截止电压与第二传输栅极截止电压相比与传输栅极开启电压的电压差更大。

22.如权利要求19所述的方法，其特征在于，所述像素的所述第一子组包括被选择用于读出的像素，且其中所述像素的所述第二子组包括未被选择用于输出的像素。

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