CN103855110B - 执行热复位的图像传感器及方法和包括图像传感器的设备 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种包括像素和读出电路的图像传感器。所述像素包括具有热电结的热电元件，所述读出电路被配置为控制所述像素，使得所述热电元件执行热电冷却操作和光电转换操作。

Description

执行热复位的图像传感器及方法和包括图像传感器的设备
相关申请的交叉引用
本申请要求于2012年11月30日在韩国知识产权局提交的韩国专利申请No.10-2012-0137825的优先权，其全部内容通过引用合并于此。
技术领域
本发明构思的示例实施例涉及一种图像传感器，更具体而言，涉及能够使用珀尔帖效应执行热复位的图像传感器及其操作方法，以及包括该图像传感器的设备。
背景技术
CMOS图像传感器是一种使用互补金属氧化物半导体（CMOS）的固态图像传感设备。CMOS图像传感器比包括高压模拟电路的电荷耦合器件（CCD）图像传感器具有更低的制造成本和更小的尺寸，因此CMOS图像传感器消耗更少的能量。
近年来，随着CMOS图像传感器性能的改进，CMOS图像传感器已被广泛使用在包括便携式电子设备在内的各种电子产品中，例如智能电话或数码相机中。
发明内容
本发明构思的一个示例实施例涉及一种操作图像传感器的方法。根据这个示例实施例，所述方法包括：使用具有热电结的热电元件来对像素进行热电冷却，所述热电元件与所述像素集成；以及使用所述热电元件执行光电转换操作。所述热电冷却可以包括使用具有珀尔帖结的珀尔帖元件来对所述像素进行珀尔帖冷却。
所述珀尔帖冷却可以包括：在复位操作期间向形成所述珀尔帖结的N型半导体元件提供第一电压；以及在所述复位操作期间向所述N型半导体元件提供所述第一电压的同时，还向形成所述珀尔帖结的P型半导体元件提供高于所述第一电压的操作电压。
所述P型半导体元件可以是P型相变材料，例如Ge2Sb2Te5。根据一个示例实施例，所述热电元件可以通过前段制程（FEOL）集成过程来形成。根据另一个示例实施例，所述热电元件可以在后段制程（BEOL）过程之后形成。
根据至少一些示例实施例，所述方法还可以包括：在所述光电转换操作过程期间向执行光电转换的所述P型半导体元件提供所述操作电压。在所述光电转换操作期间向所述P型半导体元件提供所述操作电压的路径可以不同于在所述复位操作期间向所述P型半导体元件提供所述操作电压的路径。
所述方法还可以包括：在所述光电转换操作期间使用所述P型半导体元件执行光电转换。
所述方法还可以包括：在所述光电转换操作期间向浮置扩散节点传输（例如，直接传输）由所述P型半导体元件生成的电荷。
所述方法还可以包括：在读出基于所述电荷产生的像素信号期间向所述N型半导体元件提供所述第一电压。
本发明构思的至少另一个示例实施例针对一种图像传感器。根据至少这个示例实施例，所述图像传感器包括：像素，其包括具有热电结的热电元件；以及读出电路，其被配置为控制所述像素，使得所述热电元件对所述像素执行热电冷却操作和光电转换操作。
所述热电元件可以是珀尔帖元件，其包括形成珀尔帖结的N型半导体元件和P型半导体元件。根据至少一个示例实施例，所述图像传感器可以是前照式（front sideillumination，FSI）互补金属氧化物半导体（CMOS）图像传感器。根据另一个示例实施例，所述图像传感器可以是背照式（back side illumination，BSI）CMOS图像传感器。
本发明构思的至少另一个示例实施例涉及一种图像处理设备。根据至少这个示例实施例，所述图像处理设备包括：图像传感器和被配置为控制所述图像传感器的操作的控制电路。所述图像传感器包括：像素，其包括具有热电结的热电元件；以及读出电路，其被配置为控制所述像素，使得所述热电元件可以对所述像素执行热电冷却操作和光电转换操作。
所述热电元件可以是珀尔帖元件，其包括形成珀尔帖结的N型半导体元件和P型半导体元件。在复位操作期间，当向所述N型半导体元件提供第一电压的同时，所述读出电路还可以向所述P型半导体元件提供高于所述第一电压的操作电压。
所述读出电路可以被配置为：在所述光电转化操作期间向浮置扩散节点传输（例如，直接传输）由所述P型半导体元件生成的电荷；并且在读出操作期间向所述N型半导体元件提供所述第一电压。
根据本发明构思的一个示例实施例的一种便携式电子设备包括：图像处理设备；处理器，其被配置为控制所述图像处理设备的操作；以及显示器，其被配置为显示由所述图像处理设备处理的图像数据。所述图像处理设备包括：图像传感器和被配置为控制所述图像传感器的操作的控制电路。所述图像传感器包括：像素，其包括具有热电结的热电元件；以及读出电路，其被配置为控制所述像素，使得所述热电元件可以对所述像素执行热电冷却操作和光电转换操作。
本发明构思的至少另一个示例实施例提供了一种图像传感器像素，其包括：被配置为对所述像素进行热电冷却并且执行光电转换操作的热电元件。
根据至少一些示例实施例，所述热电元件可以包括：热电结，其被配置为对所述像素执行所述热电冷却；以及光电转换部分，其被配置为执行所述光电转换操作。
所述热电结可以是珀尔帖结。所述光电转换部分可以是相变材料。所述热电元件可以被配置为：在复位操作期间对所述像素进行热电冷却；并且在集成操作期间执行所述光电转换操作。
本发明构思的至少另一个示例实施例提供了一种图像传感器，其包括：读出电路，其被配置为在复位间隔期间同时对所述图像传感器的像素执行热复位操作和电复位操作。
所述读出电路可以被配置为向所述像素施加热复位电压以执行所述热复位操作，并且被配置为向所述像素施加电复位电压以执行所述电复位操作。所述电复位电压和所述热复位电压可以同时被施加至所述像素。
所述电复位电压可以大于所述热复位电压。
根据至少一些示例实施例，所述图像传感器还可以包括：具有热电元件的像素，所述热电元件被配置为对所述像素进行热电冷却并且执行光电转换操作。
所述热电元件还可以包括：热电结，其被配置为对所述像素执行所述热电冷却；以及光电转换部分，其被配置为执行所述光电转换操作。
附图说明
通过参考附图来详细描述示例实施例，示例实施例的以上和其它特征和优点会变得更加明显。附图是为了描述示例实施例，而不应当解释为限制权利要求预期的范围。除非明确标出，否则附图并非按比例绘制。
图1是根据本发明构思的一个示例实施例的CMOS图像传感器，其包括读出电路和具有热电元件的像素；
图2是关于图1的读出电路的示例操作的控制信号的时序图；
图3是示例前段制程(FEOL)集成前照式（FSI）互补金属氧化物半导体（CMOS）图像传感器的剖视图，其包括图1的像素和读出电路的一部分；
图4是示例后段制程（BEOL）集成FSI CMOS图像传感器的剖视图，其包括图1的像素和读出电路的一部分；
图5是示例背照式（BSI）CMOS图像传感器的剖视图，其包括图1的像素和读出电路的一部分；
图6是包括像素阵列的CMOS图像传感器的一个示例实施例，在像素阵列中集成了执行热电冷却的多个像素；
图7是CMOS图像传感器的一个示例实施例，其包括图6中示出的包括在像素阵列中的像素以及读出电路；
图8是关于图7中示出的读出电路的示例操作的控制信号的示例时序图；
图9是连接至不具有热电冷却的传统像素的传统读出电路中的信号的示例波形图；
图10是根据本发明构思一个示例实施例的读出电路中的信号的示例波形图，该读出电路连接至执行热电冷却的像素；
图11是用于描述根据本发明构思的一个示例实施例的CMOS图像传感器的示例操作的流程图；
图12是示出了根据本发明构思的一个示例实施例的包括CMOS图像传感器的图像处理设备的框图；
图13是示出了根据本发明构思的另一个示例实施例的另一个包括CMOS图像传感器的图像处理设备的框图；
图14是示出了根据本发明构思的又一个示例实施例的包括CMOS图像传感器的便携式电子设备的框图；以及
图15是示出了根据本发明构思的再一个示例实施例的包括CMOS图像传感器的便携式电子设备的框图。
具体实施方式
在此公开详细的示例实施例。然而，于此公开的特定结构和功能细节仅仅是用于表示描述示例实施例的目的。然而，示例实施例可以按照很多替换形式来具体实现，而不应该被理解为仅限于在此提出的实施例。
因此，虽然示例实施例能够存在各种修改和替换形式，但在附图中以示例的方式示出了其实施例并且在此进行详细描述。然而应当了解，并没有将示例实施例限定为所公开的具体形式，相反地，示例实施例应涵盖所有落入示例实施例的范围内的修改、等价物和替换。在附图说明中，相同的附图标记始终指代相同的元件。
应该了解，尽管术语“第一”、“第二”等可以在此用于描述各种元件，但这些元件不应被这些术语所限制。这些术语仅用于将一个元件与另一个元件区分开。例如，第一元件可以被称为第二元件，类似地，第二元件也可以被称为第一元件，而没有脱离示例实施例的范围。本文使用的术语“和/或”包括一个或多个相关列出项的任意和全部组合。
应该了解，当一个元件被称作“连接”或“耦接”至另一个元件时，所述一个元件可以直接连接或耦接至另一个元件，或者也可以存在中间元件。相反，当一个元件被称作“直接连接”或“直接耦接”至另一个元件时，则不存在中间元件。其它用于描述各元件之间关系的词汇（例如，“在……之间”对“直接在……之间”、“相邻”对“直接相邻”等）也应当以类似的形式进行解释。
本文使用的术语仅用于描述具体实施例，而非限制示例实施例。除非在上下文中明确指出，否则本文使用的单数形式“一”、“一个”和“该”也包括复数形式。还应当了解，本文使用术语“包括”、“包括……的”、“包含”和/或“包含……的”指示了所陈述的特征、整体、步骤、操作、元件和/或组件的存在，但是不排除存在或添加一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元件、组件和/或其组合。
还应当注意，在一些替换实现方式中，所标明的功能/动作可能按照与附图中所标明的次序不一致的次序出现。例如，两幅连续出现的附图可能实际上是基本同时执行的，或者有时可以按照相反的顺序来执行，这取决于所涉及的功能/动作。
图1是根据本发明构思的一个示例实施例的CMOS图像传感器，其包括读出电路和具有热电元件的像素。
参考图1，CMOS图像传感器100包含像素110和读出电路120。例如，像素110和读出电路120可以构成像素阵列的单位像素。
可以利用热电器件或具有热电结的热电元件对像素110进行热电冷却。
所述热电元件是指利用热电效应直接将温差转换为电压的元件，或者利用热电效应直接将电压差转换为温度的元件。
热电效应包括珀尔帖效应（Peltier effect）、塞贝克效应（Seebak effect）和汤姆逊效应（Thomson effect）。
根据热电效应，在两种不同材料形成的结（即，所谓的“热电结”）上执行热电冷却或热电加热。
热电效应会发生在热电结中，或者会发生在与每种材料连接的电极中。热电冷却和热电加热的方向是基于供给所述材料的电压极性或电压之间的压差而决定的。即，热电冷却和热电加热利用热电效应在热电结之间产生热流。
依照本发明构思的热电冷却的示例，对采用具有珀尔帖结的珀尔帖元件在像素110上执行珀尔帖冷却的过程进行了详细描述，然而本发明构思的技术构思不限于此。
如上所述，珀尔帖结是指具有珀尔帖效应的结，珀尔帖冷却是指利用珀尔帖效应进行冷却。
像素110包括形成热电结的P型半导体元件111和N型半导体元件112。例如，形成热电结的P型半导体元件111和N型半导体元件112可以通过诸如金属之类的电导体互相连接。
P型半导体元件111可以由P型相变材料（例如，GST，更具体为Ge2Sb2Te5）实现。热电结的特征与P-N二极管的P-N结完全不同。
在复位操作期间，读出电路120控制或被控制，使得在像素110中形成的热电元件可以对像素110执行热电冷却操作和光电转换操作。形成热电结的热电元件可以由P型半导体元件111和N型半导体元件112实现。例如，珀尔帖元件包括P型半导体元件111和N型半导体元件112。
读出电路120包括第一开关121和第二开关122，第一开关121响应于第一控制信号cG向N型半导体元件112提供第一电压V1，第二开关122响应于第二控制信号TG向P型半导体元件111提供操作电压Vdd。第一电压V1低于操作电压Vdd。
读出电路120还包括复位开关123、源跟随器SF以及选择开关124。各部件121、122、123、SF以及124可以由MOSFET实现。
复位开关123响应于复位信号RG向源跟随器SF的栅极提供操作电压Vdd。源跟随器SF基于栅极的电压向选择开关124传输与操作电压Vdd相对应的电压。选择开关124响应于选择信号SEL输出与由像素110产生电荷相对应的像素信号POUT。
电容器CAP形成在源跟随器SF的栅极和地之间。电容器CAP可以执行浮置扩散节点的功能。在这种情况下，电容器CAP可以是用于储存由P型半导体元件111所产生电荷的浮置扩散节点的模型。
图2是关于图1的读出电路的示例操作的控制信号的示例时序图。
参考图1和图2，通过第一开关121将第一电压V1提供给形成热电结（例如珀尔帖结）的N型半导体元件112，用于在第一部分T1（例如，复位操作）中的热电复位。当第一电压V1提供给N型半导体元件112时，将高于第一电压V1的电压Vdd通过复位开关123提供给P型半导体元件111，用于电复位。正如此处讨论的，第一电压V1可以称作热复位电压或热电复位电压，电压Vdd可以称作电复位电压或电气复位电压。
在第二部分T2期间（例如，在电荷传输操作或光电转换操作期间），第二控制信号TG保持高电平。
因而，将操作电压Vdd通过第二开关122提供给P型半导体元件111。此处，P型半导体元件111可以执行光检测器的功能，P型半导体元件111可以执行光电转换操作。
在第三部分T3期间，当读出像素信号POUT时，选择信号SEL转变为逻辑高电平，第一控制信号cG转变为高电平。因而，将第一电压V1通过第一开关121提供给N型半导体元件112。
图3是示例前段制程(FEOL)集成前照式（FSI）互补金属氧化物半导体（CMOS）图像传感器的截面图，其包括图1的像素和读出电路的一部分。
参考图1至图3，N型半导体元件n++形成在衬底sub之上或之中，P型半导体元件（例如P型Ge2Sb2Te5p-Ge2Sb2Te5）形成在N型半导体元件n++之上，以形成热电结。
在此处，通过FEOL过程形成N型半导体元件n++和P型半导体元件p-Ge2Sb2Te5。之后，通过BEOL过程形成金属和/或触点,并执行了钝化处理。
在复位操作T1期间，响应于第一控制信号cG导通的第一开关121通过金属和/或触点将第一电压V1提供给N型半导体元件n++，当第一电压V1提供给N型半导体元件n++时，响应于第二控制信号TG导通的第二开关122通过金属和/或触点将操作电压Vdd提供给P型半导体元件p-Ge2Sb2Te5。
因而，在热电结中（例如，N型半导体元件n++和P型半导体元件p-Ge2Sb2Te5之间的结）执行了热电冷却（例如，珀尔帖冷却）。
图4是示例后段制程（BEOL）集成FSI CMOS图像传感器的截面图，其包括图1的像素和读出电路的一部分。
参考图1、图2和图4，在BEOL过程之后形成N型半导体元件n++，形成P型半导体元件（例如，P型Ge2Sb2Te5p-Ge2Sb2Te5），以便在N型半导体元件n++上形成热电结。
在复位操作T1期间，响应于第一控制信号cG导通的第一开关121通过金属和/或触点将第一电压V1提供给N型半导体元件n++，当第一电压V1提供给N型半导体元件n++时，响应于第二控制信号TG导通的第二开关122通过金属和/或触点将操作电压Vdd提供给P型半导体元件p-Ge2Sb2Te5。
因而，在热电结中（例如，N型半导体元件n++和P型半导体元件p-Ge2Sb2Te5之间的结）执行了热电冷却（例如，珀尔帖冷却）。
图5是示例背照式（BSI）CMOS图像传感器的截面图，其包括图1的像素和读出电路的一部分。
参考图1、图2和图5，N型半导体元件n++形成在衬底sub之上或之中，形成P型半导体元件（例如，P型Ge2Sb2Te5p-Ge2Sb2Te5），以便在N型半导体元件n++上形成热电结。
在复位操作T1期间，响应于第一控制信号cG导通的第一开关121将第一电压V1提供给N型半导体元件n++，当第一电压V1提供给N型半导体元件n++时，响应于第二控制信号TG导通的第二开关122通过金属和/或触点将操作电压Vdd提供给P型半导体元件p-Ge2Sb2Te5。
因而，在热电结中（例如，N型半导体元件n++和P型半导体元件p-Ge2Sb2Te5之间的结）执行了热电冷却（例如，珀尔帖冷却）。
在图3至图5中，IR表示入射在像素100上的入射光（例如，可见光或红外光）。此外，如图3至5所示，N型半导体元件n++和P型半导体元件p-Ge2Sb2Te5集成在像素110内部，从而不需要额外的热电元件。
图6是包括像素阵列的示例CMOS图像传感器，在像素阵列中集成了执行热电冷却的像素。
参考图6，像素阵列140包含多个像素110-1至110-4，以及多个读出电路120-1至120-4。为便于说明图6，示出了包括四个像素110-1至110-4和四个读出电路120-1至120-4的CMOS图像传感器；然而本发明构思不限于此。
四个像素110-1至110-4中每个像素的结构与参考图3至图5描述的各个像素110的结构基本相同。此处，“基本相同”表示“完全相同”或“在公差范围内相同”。此处，N型半导体元件112可称作n型塞n-plug。从P型半导体元件111（例如，GST）提供的电子可被提供给n型塞112。
响应于多个控制信号，从多个像素110-1至110-4中的每个像素输出的像素信号Sig_out1和Sig_out2可以通过各列输出。此外，响应于相应的第一控制信号cG，在相应的行ROW1和ROW2中实现的相应的第一开关可以将第一电压V1提供给相应n型塞112。
图7是示例CMOS图像传感器，其包括图6中示出的包括在像素阵列中的像素和读出电路。
图1中的读出电路120的结构和操作与图7中的读出电路120A的结构和操作基本上相同，不同之处仅在于：图7中基于第三控制信号DG将第二电压V2提供给P型半导体元件111的第三开关125。
读出电路120-1至120-4中的每一个可以由图1中的读出电路120实现或者由图7中的读出电路120A实现。
图8是关于图7中示出的读出电路的示例操作的控制信号的示例时序图。
参考图7和图8，在第一间隔T1期间，第一控制信号cG首先转变为高电平用于热电复位，复位信号RG转变为高电平用于电复位。
在第二个间隔T2期间，第三控制信号DG在第二控制信号TG之前首先转换为高电平用于电排出（electrical drain）。因而，第三开关125响应于第三控制信号DG将第二电压V2提供给P型半导体元件111。在此，第二电压V2高于操作电压Vdd。
图9是连接至不具有热电冷却的传统像素的传统读出电路中的信号的示例波形图。
图10是根据本发明构思一个示例实施例的读出电路中的信号的示例波形图，该读出电路连接至执行热电冷却的像素。
图9示出了当没有实现N型半导体元件112和第一开关121时从相应的读出电路输出的像素信号POUTP，图10示出了当实现了N型半导体元件112和第一开关121时从相应的读出电路120或120A输出的像素信号POUT。
参考图9，由于没有执行热电复位，像素信号POUTP在复位操作期间未完全复位。参考图10，由于在像素110中根据第一控制信号cG执行了热电复位，像素信号POUT在复位操作期间基本完全复位。
图11是用于描述根据本发明构思的一个示例实施例的CMOS图像传感器的示例操作的流程图。
参考图1至图8和图11，在复位操作T1（S110）期间，采用集成在像素110中的具有热电结（例如，珀尔帖结）的热电元件（例如，珀尔帖元件）对像素110进行热电冷却。之后，在光电转换操作T2期间，采用热电元件的至少一部分来执行光电转换操作（S120）。
图12是示出了根据本发明构思的一个示例实施例的包括CMOS图像传感器的图像处理设备的框图。参考图12，图像处理设备200包括CMOS图像传感器210和图像信号处理器220。
CMOS图像传感器210包括图1中的像素110和读出电路120，或者包括图6中示出的像素阵列140。即，CMOS图像传感器210可采用具有热电结的热电元件来执行热电冷却操作和光电转换操作。
图像信号处理器220可以处理从CMOS图像传感器210输出的图像信号。CMOS图像传感器210和图像信号处理器220可以由一个封装件实现，例如，多芯片封装或系统级封装（SiP）。
图13是示出了根据本发明构思的另一个示例实施例的另一个包括CMOS图像传感器的图像处理设备的框图。
参考图13，图像处理设备300包括应用程序处理器310、相机模块320以及显示器330。图像处理设备300可以是便携式电子设备，例如智能电话、平板式个人电脑（PC）或移动互联网设备（MID）。
当相机模块320仅包括图12中示出的CMOS图像传感器210时，应用程序处理器310可以执行图像信号处理功能，从而处理从相机模块320输出的图像信号。在此，图像信号处理功能与图12中的图像信号处理器220执行的功能可以是相同。
当相机模块320是包括图12中示出的CMOS图像传感器210和图像信号处理器220的图像处理设备200时，应用程序处理器310可以处理经过图像信号处理器220处理的图像信号。
在此，应用程序处理器310可以执行控制电路或处理器的功能，所述控制电路或处理器控制包括在相机模块320中的CMOS图像传感器的操作。
根据应用程序处理器310的控制，显示器330可以显示从相机模块320输出的图像数据。
图14是示出了根据本发明构思的又一个示例实施例的包括CMOS图像传感器的便携式电子设备的框图。参考图1和图14，便携式电子设备400可以包括应用程序处理器410、图像传感器420、显示器430以及内存441。
便携式电子设备400可实现为膝上型电脑、移动电话、智能电话、平板PC、个人数字助理（PDA）、企业数字助理（EDA）、便携式多媒体播放器（PMP）、以及MID或电子书（e-book）。例如，便携式电子设备400可以是支持移动行业处理器接口（）的通信设备。
应用程序处理器410可以控制CMOS图像传感器420、显示器430以及内存441的操作。
实现在应用程序处理器410中的相机串行接口（CSI）主机412可以通过相机串行接口与CMOS图像传感器420的CSI设备421进行串行通信。根据一个示例实施例，可以在CSI主机412中实现去串行化器DES，并且在CSI设备421中实现串行化器SER。
CMOS图像传感器420包括可以执行热电冷却和光电转换操作的像素110。实现在应用程序处理器410中的显示串行接口（DSI）主机411可以通过显示串行接口与显示器430的DSI设备431进行串行通信。根据一个示例实施例，可以在DSI主机411中实现串行化器SER，并且在DSI设备431中实现去串行化器DES。
便携式电子设备400还可以包括可以与应用程序处理器410进行通信的射频（RF）芯片450。应用程序处理器410的PHY（物理层）413和RF芯片450的PHY451可根据通信协议（例如，MIPI DigRF）相互发送和接收数据。应用程序处理器410可以在内存441中存储经过CMOS图像传感器420处理的数据。
便携式电子设备400还可包括由非易失性存储器（例如，NAND闪存）实现的数据存储设备442、麦克风443或扬声器444。
数据存储设备442可以是外部存储器,例如嵌入式多媒体卡(eMMC)或通用闪速存储器（UFS）。
便携式电子设备400可以采用至少一种通信协议或通信标准与外部通信设备进行通信，例如超宽带（UWB）445、无线局域网（WLAN）446、全球微波互联接入（WiMAX）447或长期演进（LTETM）。便携式电子设备400还可包括全球定位系统（GPS）接收器448。
图15是示出了根据本发明构思的再一个示例实施例的包括CMOS图像传感器的便携式电子设备的框图。参考图15，便携式电子设备500可以实现为数字相机、智能电话或平板式个人电脑（PC）。
便携式电子设备500包括光学透镜503、CMOS图像传感器510、数字信号处理器（DSP）600以及显示器700。
CMOS图像传感器510针对入射穿过光学透镜503的物体501或景象生成图像数据IDATA。CMOS图像传感器510包括像素阵列520、行驱动器530、定时发生器540、相关双采样（CDS）块550、比较器块552、模数转换器（ADC）块554、控制寄存器块560、斜坡信号发生器570和缓存器580。
像素阵列520包括按矩阵形式排列的多个单位像素521。如参照图1至图8所描述的那样，多个单位像素521中的每一个单位像素都包括像素110和读出电路120。即，像素110可以执行热电冷却和光电转换操作。
根据定时发生器540的控制，行驱动器530将用于控制多个单位像素521中的每一个单位像素的操作的多个控制信号（例如，RG、TG、cG和SEL）提供至像素阵列520。
根据控制寄存器块560的控制，定时发生器540可以控制行驱动器530、CDS块550、ADC块554和斜坡信号发生器570的操作。
CDS块550对从实现在像素阵列520中的多条列线中的每一条列线输出的每个像素信号执行CDS。比较器块552将从CDS块550输出的多个相关双采样像素信号中的每一个与从斜坡信号发生器570输出的斜坡信号进行比较，并且根据比较结果输出多个比较信号。
ADC块554将从比较器块552输出的多个比较信号中的每一个转换为数字信号，缓存器580储存从ADC块554输出的数字信号。
根据DSP600的控制，控制寄存器块560控制下列至少一个的操作：定时发生器540、斜坡信号发生器570以及缓存器580。缓存器580将与从ADC块554输出的多个数字信号相对应的图像数据IDATA传输至DSP600。
DSP600包含图像信号处理器610、CMOS图像传感器控制器620以及显示接口630。图像信号处理器610控制显示接口630和对控制寄存器块560进行控制的CMOS图像传感器控制器620。根据一个示例实施例，CMOS图像传感器510和DSP600可以由一个封装件实现，例如，多芯片封装。
根据另一个示例实施例，图像传感器510和图像信号处理器610可以由一个封装件实现，例如，多芯片封装。
图像信号处理器610对从缓存器580传输的图像数据IDATA进行处理，并且将处理过的数据传输至显示接口630。CMOS图像传感器控制器620根据图像信号处理器610的控制产生用于对控制寄存器块560进行控制的各种控制信号。
显示接口630将由图像信号处理器610处理的图像数据传输至显示器700。显示器700显示从显示接口630输出的图像数据。显示器700可以实现为薄膜晶体管液晶显示器（TFT-LCD）、发光二极管（LED）显示器、有机LED（OLED）显示器、有源矩阵OLED（AMOLED）显示器或柔性显示器。
根据本发明构思的示例实施例的图像传感器可以在复位操作期间执行热电复位和电复位，使得图像传感器可以适应于温度变化。
虽然已经参考本发明构思的各种示例实施例示出和描述了本发明构思，但本领域普通技术人员将理解，在不脱离由权利要求限定的本发明构思的精神和范围的情况下，可在形式和细节上进行各种改变。

Claims (15)

1.一种图像传感器，其包括：
像素，其包括具有热电结的热电元件，所述热电元件包括N型半导体元件和P型半导体元件，其中所述P型半导体元件是P型相变材料；以及
读出电路，其被配置为控制所述像素，使得所述热电元件执行热电冷却操作和光电转换操作，
其中所述读出电路被配置为在所述光电转换操作期间直接向浮置扩散节点传输由所述P型半导体元件产生的电荷，所述读出电路还被配置为在读出操作期间向所述N型半导体元件提供第一电压。
2.根据权利要求1的图像传感器，其中所述热电元件是包括形成珀尔帖结的N型半导体元件和P型半导体元件的珀尔帖元件。
3.根据权利要求2的图像传感器，其中当将所述第一电压提供给所述N型半导体元件时，所述读出电路被配置为在复位操作期间向所述P型半导体元件提供操作电压，所述操作电压高于所述第一电压。
4.根据权利要求2的图像传感器，其中所述读出电路包括：
第一开关，其被配置为在复位操作期间响应于第一控制信号向所述N型半导体元件提供第一电压；以及
复位开关，其被配置为在所述复位操作期间响应于复位信号向所述P型半导体元件提供操作电压，所述操作电压高于所述第一电压。
5.根据权利要求4的图像传感器，其中所述P型半导体元件被配置为在所述光电转换操作期间执行光电转换，并且
其中所述读出电路还包括第二开关，其被配置为在所述光电转换操作期间响应于第二控制信号向所述P型半导体元件提供所述操作电压。
6.根据权利要求1的图像传感器，其中所述图像传感器是前照式CMOS图像传感器。
7.根据权利要求1的图像传感器，其中所述图像传感器是背照式CMOS图像传感器。
8.一种图像处理设备包括：
图像传感器；
控制电路，其被配置为控制所述图像传感器的操作；并且
其中所述图像传感器包括，
像素，其包括具有热电结的热电元件，所述热电元件包括N型半导体元件和P型半导体元件，其中所述P型半导体元件是P型相变材料；
读出电路，其被配置为控制所述像素，使得所述热电元件对所述像素执行热电冷却操作和光电转换操作，
其中所述读出电路被配置为在所述光电转换操作期间直接向浮置扩散节点传输由所述P型半导体元件产生的电荷，所述读出电路还被配置为在读出操作期间向所述N型半导体元件提供第一电压。
9.根据权利要求8的图像处理设备，其中所述热电元件是包括形成珀尔帖结的N型半导体元件和P型半导体元件的珀尔帖元件，并且
其中所述读出电路被配置为在复位操作期间并且在将所述第一电压提供至所述N型半导体元件的同时，向所述P型半导体元件提供操作电压，所述操作电压高于所述第一电压。
10.一种便携式电子设备，其包括：
权利要求8的图像处理设备；
处理器，其被配置为控制所述图像处理设备的操作；以及
显示器，其被配置为显示由所述图像处理设备处理的图像数据。
11.一种图像传感器，其包括：
像素，其包括热电元件，所述热电元件包括N型半导体元件、P型半导体元件和光电转换部分，所述光电转换部分被配置为执行光电转换操作；以及
读出电路，其被配置为在复位间隔期间向所述像素施加热复位电压，以同时对所述像素执行热复位操作和电复位操作，
其中，所述读出电路被配置为，
在所述光电转换操作期间直接向浮置扩散节点传输由所述P型半导体元件产生的电荷，所述读出电路还被配置为在读出操作期间向所述N型半导体元件提供第一电压。
12.根据权利要求11的图像传感器，其中所述读出电路被配置为向所述像素施加电复位电压以执行所述电复位操作，其中所述电复位电压和所述热复位电压同时被施加至所述像素。
13.根据权利要求12的图像传感器，其中所述电复位电压大于所述热复位电压。
14.根据权利要求11的图像传感器，其中所述热电元件被配置为对所述像素进行热电冷却。
15.根据权利要求14的图像传感器，其中所述热电元件包括被配置为对所述像素进行热电冷却的热电结。
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