CN102611852A - 一种基于差分技术的消除成像器件阈值偏差影响的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于差分技术的消除成像器件阈值偏差影响的方法，属于微电子技术领域。所述方法包括在成像器件阵列上设置一些参考单元，其余单元为成像单元，邻近位置安置参考单元以减小工艺、温度等因素引起的失配，使得成像单元和参考单元在擦除之后有几乎完全一致的初始阈值电压，再通过实验得出不同初始阈值电压和不同差分参量下各个实际光强的值。本发明基于差分技术的消除成像器件阈值偏差影响的方法通过使用差分技术消除了由于成像器件擦除不均匀，擦除阈值电压产生偏差而导致图像失真的问题，提高成像质量，避免去刻意追求难以实现的统一化复位阈值。

Description

一种基于差分技术的消除成像器件阈值偏差影响的方法

技术领域

本发明涉及一种消除成像器件阈值偏差影响的方法，尤其涉及一种基于差分技术的消除成像器件阈值偏差影响的方法，属于微电子技术领域。

背景技术

成像器件是目前成像领域中运用最为广泛的部件之一。成像器件将外部光信号转换为电信号，再转换为数字系统所能处理的数字信号，其应用非常广泛，无论是在DC中、DV中还是监视器中，都有它的存在。成像质量的好坏，很大程度上取决于成像器件的性能以及其外围电路的工作方式和电路性能。现有技术的成像器件如图1所示，利用成像器件成像时，先对器件进行复位操作，目的是为了把可能存在于浮栅中的光电子都扫出浮栅，传统复位方法是利用FN隧穿来擦除，然后通过热电子注入的方式来编程以防止过擦除，这些都是为了将器件的复位阈值电压调节到一定的范围内，这个范围越小越好。整个复位操作的流程图如图2所示。其中，Idi为待调MOSFET漏极初始电流；Idref为参考MOSFET漏极参考电流；θ为可忍受的待调管最大漏极电流与参考电流的偏差。这种传统的利用软编程技术来减小阈值分布的方法对外围电路要求严格，实际中往往无法将阈值偏差控制在5％以内。如果成像器件上不同区域的成像单元复位阈值偏差比较大，受到复位阈值偏差的影响，即使当它们接受相同的光照后，最后通过AD转换出来的数据将有较大差异，从而导致图像失真严重。

发明内容

本发明针对现有消除成像器件阈值偏差影响的方法无法将阈值偏差控制在5％以内，而且会导致图像失真严重的不足，提供一种基于差分技术的消除成像器件阈值偏差影响的方法。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种基于差分技术的消除成像器件阈值偏差影响的方法包括以下步骤：

步骤10：建立在不同初始阈值电压和不同差分参量下反应成像器件各个实际光强值的矩阵表，所述成像器件包括由多个像素组成的成像器件阵列，所述每个像素包括参考单元和成像单元；

步骤20：对成像器件中的参考单元和成像单元进行擦除得到两个相同的初始阈值电压，并用电学量f(Vt)表征参考单元的初始阈值电压；

所述用于表征初始阈值电压的电学量f(Vt)可以是通过成像器件的电流，通过成像器件的电流越大，表征其初始阈值电压越小，其目的是为了在矩阵表中确定行号，即是第几个f(Vt)；

步骤30：对所述成像单元进行曝光编程操作得到编程后的阈值电压，并用电学量h(Vt)表征编程后的阈值电压，从而得到成像单元的差分参量g(h)＝f(Vt)-h(Vt)；

步骤40：根据参考单元的电学量f(Vt)和成像单元的差分参量g(h)再通过查找矩阵表从而得到成像单元感受的实际光强值，并将该实际光强值作为参考单元由于其不参与曝光编程操作而造成实测丢失的光强值。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

进一步，所述步骤10中参考单元和成像单元的位置是相邻的且位于成像器件阵列的同一行或者同一列上，所述参考单元用于进行复位操作和读取操作。

进一步，所述步骤10中建立矩阵表的过程包括：

步骤101：在不对成像单元进行曝光编程的情况下，对N个不同的初始阈值电压下的成像单元进行读取测试，并用参量f(Vt)表征非曝光编程条件下的初始阈值电压，其中N＞1；

步骤102：对各个f(Vt)下的成像器件进行曝光读取测试，并用差分参量g(h)表征曝光编程条件下成像器件的光强值，所述差分参量g(h)为关于光强和初始阈值电压的函数，用于反映光强的分布；

步骤103：建立分别以f(Vt)和g(h)为横纵指标的矩阵表，所述矩阵表用于反映不同初始阈值电压和不同差分参量下各个实际光强的值。

进一步，所述步骤101具体包括：对成像器件进行擦除得到擦除后的阈值分布曲线，根据擦除后的阈值分布曲线，将阈值分布区间平均分为N份，再取每一份的中点对应的阈值电压，从而得到N个阈值电压点，然后在不对成像单元进行曝光编程的情况下，选取参量f(Vt)用于反映所述N个不同的初始阈值电压，其中N＞1。

进一步，所述步骤102具体包括：在成像器件正常工作的光强分布范围内平均地取M个不同的光强值，然后选取参量g(h)用于反映所述M个不同的光强值与参考单元的差分特性，其中M＞1。

本发明的有益效果是：本发明基于差分技术的消除成像器件阈值偏差影响的方法通过使用差分技术消除了由于成像器件擦除不均匀，擦除阈值电压产生偏差而导致图像失真的问题，提高成像质量，避免去刻意追求难以实现的统一化复位阈值。

附图说明

图1为现有技术中成像器件的结构示意图；

图2为现有技术的成像器件复位操作的流程示意图；

图3为本发明实施例成像器件擦除操作之后器件上所有成像单元阈值电压的分布曲线图；

图4为本发明实施例p*q大小的成像器件阵列的示意图；

图5为本发明实施例基于差分技术的消除成像器件阈值偏差影响的方法对应的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

本发明基于差分技术的消除成像器件阈值偏差影响的方法的使用基础是对成像单元的特性做实验性的统计，获得重要的矩阵MA。这个矩阵的获得主要与两个参量有关，一个是f(Vt)，这是执行全片擦除操作之后描述各个单元阈值电压的一个量，一般是单元上通过的电流，电流越大，表明阈值电压越小。阈值电压有个分布范围，在该范围内平均取N个点，即N个f(Vt)，在这N个不同的f(Vt)下，对这些成像单元进行曝光编程操作，曝光编程会使成像单元的阈值电压上升，对于相同的起始阈值电压，施加不同的光照，会使得单元的阈值电压上升到不同的值；另外，相同的光照下，对于起始阈值电压f(Vt)不同的单元来说，最后阈值电压也会不同。光照强度和起始阈值电压f(Vt)是决定最后阈值电压的两个变量，因此，这个实验就提供了矩阵MA。

基于这个矩阵，有匹配性超级好的参考单元和成像单元，参考单元不参与曝光编程，成像单元则参与曝光编程，参考单元的目的就是为了帮助准确提供初始阈值电压信息，由于芯片上物理距离非常紧密，所以这两个单元在全片进行擦除操作之后，二者有着相同的初始阈值电压，然后只对成像单元进行曝光编程，参考单元不做任何操作。编程完毕后读成像单元的反映阈值大小的电学量，一般也是通过它的电流。然后把参考单元(反映初始阈值电压)的电学量作为f(Vt)，矩阵MA的横坐标，把成像单元(反映编程后的阈值电压，当然，与光强有关)的电学量作为矩阵元素A，从而找到反映光强的g(h)，也就达到了计算光强的目的。

如图4所示，100为一个p*q大小的成像器件阵列，101为100成像器件阵列中的一个像素。先对成像器件阵列中的成像单元进行测试。在擦除操作以后，对阵列中的成像单元的阈值进行测量，阵列中的成像单元的阈值将呈现一个分布，如图3所示，横坐标是阈值电压值，纵坐标表示相应阈值电压所对应的成像单元数量占整个器件阵列数量的百分比。这个分布在实际中是范围越小，阵列成像单元的一致性就越好，最后的成像失真也越小。本发明不致力于减小这个分布范围，而是采用差分技术来消除初始阈值电压分布给成像带来的影响。在成像器件阵列上，设置一些参考单元，对这种单元只有复位操作和读取操作，而没有编程操作。其余单元为成像单元，成像单元和参考单元完全一致，将参考单元安置在其临近位置以减小工艺、温度等因素引起的失配，从而成像单元和参考单元在擦除之后有几乎完全一致的初始阈值电压。根据擦除后的阈值分布曲线，将阈值分布区间平均分为N份，取每一份的中点对应的阈值电压，得到N个阈值电压点。在不对成像单元进行曝光编程的情况下，选取一个参量f(Vt)反映这N个不同初始阈值电压。测试这N个不同阈值电压下的f(Vt)值为多少。在成像器件正常工作的光强分布范围内，平均地取M个光强值。选取一个参量g(h)来反映这M个不同的光强值与参考单元的差分特性。通过实验的方法，对于N个初始阈值电压下的器件单元进行读取测试，得到非曝光编程条件下的对应参量f(Vt)的值，然后对各个f(Vt)下器件做曝光读取测试，得到反映光强分布的差分参量g(h)。建立分别以f(Vt)和g(h)为横纵指标的矩阵MA，MA反映了不同初始阈值电压和不同差分参量下各个实际光强的值。实际成像操作时，先对所有的成像单元和参考单元进行擦除，对某一像素(包含成像单元和参考单元)中的成像单元进行曝光编程操作，使其阈值电压漂移到某一个新的值。而不对参考单元做任何编程操作。然后对参考单元的f(Vt)进行测量，由于成像单元和参考单元之间的各种失配非常非常小，可以认为参考单元和成像单元的参量f(Vt)是一致的，所以测量的差分参量g(h)是在某确定的初始阈值电压下的完全反映光强的参量，已知f(Vt)和g(h)之后，在矩阵MA中执行查表程序，可以得到实际光强的值A。由于参考单元不参与编程读取，所以参考单元所占位置的实测光强值丢失，可以采用利用周围成像单元的光强值来插值，把插值的数值作为参考单元所处位置的光强值。当然，任何成像器件都不可避免存在坏点，即这些单元永远不可能编程到想要的阈值电压上。对于这样的坏点，舍弃其不准确的读出数据，用它所在阵列中的位置周围的正常单元的读出数据来代替坏点的数据。

表1矩阵MA

以实例说明该方法实现的过程如下，例如，需要读取成像器件阵列中坐标为(i，j)的像素Dij感应的光强值。Dij的实现形式如图5所示，M1和M2为浮栅晶体管，其中M1作为参考单元，而M2作为成像单元，二者完全一致，共用源极a并接地，二者临近放置，保证二者由于工艺偏差导致的失配最小。对整个器件阵列进行擦除操作后，M1和M2的阈值电压为阈值分布范围内的某个值Vti，在参考单元的控制栅b上加一定的读取电压后，对参考单元的参量f(Vt)进行检测，比如，f(Vt)选取为通过M1的电流I1。由于不对M1进行曝光编程，所以I1只反映了初始阈值电压的大小。对成像单元M2则进行曝光编程操作，M2的阈值电压会漂移到某一个新的值，这个漂移量与初始阈值电压Vti以及光强h有关。在成像单元M2的控制栅c加与参考单元控制栅极一样的读取电压，通过M2的电流为I2。例如，成像单元的差分参量g(h)为I2-I1，由于M1和M2匹配程度非常高，g(h)参量将仅仅反映初始阈值电压为Vti的成像器件对光强的反映。根据矩阵MA，已知f(Vt)和g(h)，通过查表程序，可以得到成像器件感受的实际光强值A。通过使用差分技术，消除了由于成像器件擦除不均匀，擦除阈值电压产生偏差而导致图像失真的问题。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种基于差分技术的消除成像器件阈值偏差影响的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

步骤10：建立在不同初始阈值电压和不同差分参量下反应成像器件各个实际光强值的矩阵表，所述成像器件包括由多个像素组成的成像器件阵列，所述每个像素包括参考单元和成像单元；

步骤20：对成像器件中的参考单元和成像单元进行擦除得到两个相同的初始阈值电压，并用电学量f(Vt)表征参考单元的初始阈值电压；

步骤30：对所述成像单元进行曝光编程操作得到编程后的阈值电压，并用电学量h(Vt)表征编程后的阈值电压，从而得到成像单元的差分参量g(h)= f(Vt)- h(Vt)； 

步骤40：根据参考单元的电学量f(Vt)和成像单元的差分参量g(h)再通过查找矩阵表从而得到成像单元感受的实际光强值，并将该实际光强值作为参考单元由于其不参与曝光编程操作而造成实测丢失的光强值。

2.根据权利要求1所述的基于差分技术的消除成像器件阈值偏差影响的方法，其特征在于，所述步骤10中参考单元和成像单元的位置是相邻的且位于成像器件阵列的同一行或者同一列上，所述参考单元用于进行复位操作和读取操作。

3.根据权利要求1所述的基于差分技术的消除成像器件阈值偏差影响的方法，其特征在于，所述步骤10中建立矩阵表的过程包括：

步骤101：在不对成像单元进行曝光编程的情况下，对N个不同的初始阈值电压下的成像单元进行读取测试，并用参量f(Vt)表征非曝光编程条件下的初始阈值电压，其中N＞1；

步骤102：对各个f(Vt)下的成像器件进行曝光读取测试，并用差分参量g(h)表征曝光编程条件下成像器件的光强值，所述差分参量g(h)为关于光强和初始阈值电压的函数，用于反映光强的分布；

步骤103：建立分别以f(Vt)和g(h)为横纵指标的矩阵表，所述矩阵表用于反映不同初始阈值电压和不同差分参量下各个实际光强的值。

4.根据权利要求3所述的基于差分技术的消除成像器件阈值偏差影响的方法，其特征在于，所述步骤101具体包括：对成像器件进行擦除得到擦除后的阈值分布曲线，根据擦除后的阈值分布曲线，将阈值分布区间平均分为N份，再取每一份的中点对应的阈值电压，从而得到N个阈值电压点，然后在不对成像单元进行曝光编程的情况下，选取参量f(Vt)用于反映所述N个不同的初始阈值电压，其中N＞1。

5.根据权利要求3所述的基于差分技术的消除成像器件阈值偏差影响的方法，其特征在于，所述步骤102具体包括：在成像器件正常工作的光强分布范围内平均地取M个不同的光强值，然后选取参量g(h)用于反映所述M个不同的光强值与参考单元的差分特性，其中M＞1。

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