CN105791719B - 图像传感器及其操作方法 - Google Patents
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Abstract
一种图像传感器包括：光电转换元件，其适于产生与入射光相对应的光电荷；传输晶体管，其适于基于传输信号来将产生的光电荷传送至浮置扩散节点；以及复位晶体管，其适于基于复位信号来将浮置扩散节点复位、并且包括存储栅。
Description
相关申请的交叉引用
本申请要求2014年9月29日提交的申请号为10-2014-0129840的韩国专利申请的优先权，其全部内容通过引用合并于此。
技术领域
本发明的示例性实施例涉及一种半导体器件制造技术，且更具体而言，涉及一种图像传感器及其操作方法。
背景技术
图像传感器将光学图像转换成电信号。近来，图像传感器已经融入各种装置，诸如：数码照相机、便携式摄像机、个人通信系统、游戏机、用于安全目的的照相机、用于医疗目的的微型照相机、机器人等。
发明内容
本发明的各种实施例针对一种具有改善的性能的图像传感器，及其操作方法。
根据本发明的一个实施例，一种图像传感器可以包括：光电转换元件，其适于产生与入射光相对应的光电荷；传输晶体管，其适于基于传输信号来将产生的光电荷传送至浮置扩散节点；以及复位晶体管，其适于基于复位信号来将浮置扩散节点复位，其中，复位晶体管包括存储栅。
存储栅在平衡状态下可以保持复位晶体管的导通状态或关断状态。存储栅包括层叠有栅电介质层和栅电极的层叠结构，以及栅电介质层包括具有自发极化特性的铁电物质。存储栅可以包括顺序地层叠有隧道绝缘层、电荷捕获层、电荷阻挡层和栅电极的层叠结构，以及电荷捕获层包括硅层或氮化物层。存储栅可以基于在预定的操作区段的开始时段处施加的复位信号的第一复位脉冲来将复位晶体管导通，以及基于在预定的操作区段的结束时段处施加的复位信号的第二复位脉冲来将复位晶体管关断，以及复位晶体管在预定的操作区段期间保持导通状态。预定的操作区段包括用于光电转换元件的积累区段(integration section)。第一复位脉冲具有正电压电平，以及第二复位脉冲具有负电压电平。
根据本发明的一个实施例，一种图像传感器可以包括：光电转换元件，其适于产生与入射光相对应的光电荷；传输晶体管，其适于基于传输信号来将产生的光电荷传送至浮置扩散节点；以及复位晶体管，其适于基于复位信号来将浮置扩散节点复位，其中，复位晶体管包括具有自发极化特性的栅电介质层，其中，栅电介质层的自发极化的方向基于复位信号来改变。
图像传感器还可以包括：驱动晶体管，其具有与浮置扩散节点电连接的栅极。驱动晶体管的栅电介质层和传输晶体管的栅电介质层不具有自发极化特性。根据自发极化的方向，在平衡状态下，复位晶体管的导通状态或关断状态被保持。随着栅电介质层的自发极化的方向基于在预定的操作区段的开始时段处施加的复位信号的第一复位脉冲而改变，复位晶体管导通，以及随着栅电介质层的自发极化的方向基于在预定的操作区段的结束时段处施加的复位信号的第二复位脉冲而改变成相反的方向，复位晶体管关断，以及在预定的操作区段期间，复位晶体管基于自发极化特性而保持在导通状态。预定的操作区段包括用于光电转换元件的积累区段。第一复位脉冲具有正电压电平，以及第二复位脉冲具有负电压电平。
根据本发明的一个实施例，一种用于操作图像传感器的方法，图像传感器包括：光电转换元件，其适于产生与入射光相对应的光电荷；传输晶体管，其适于将光电荷传送至浮置扩散节点；复位晶体管，其适于将浮置扩散节点复位、并且包括存储栅，所述方法包括：通过在第一区段施加第一复位脉冲至存储栅来将复位晶体管导通；在第一区段之后的第二区段期间，允许入射光撞击光电转换元件，以及通过在第二区段的结束时段处将第二复位脉冲施加至存储栅来将复位晶体管关断；以及通过在第二区段之后的第三区段中将传输信号施加至传输晶体管的栅极来将传输晶体管导通。
存储栅在平衡状态下，保持复位晶体管的导通状态或关断状态。复位晶体管在第二区段期间保持在导通状态。第一复位脉冲和第二复位脉冲具有不同的信号极性。第一复位脉冲和第二复位脉冲的电压电平的绝对值大于传输信号的电压电平的绝对值。存储栅包括层叠有栅电介质层和栅电极的层叠结构，以及栅电介质层包括具有自发极化特性的铁电物质。存储栅包括顺序地层叠有隧道绝缘层、电荷捕获层、电荷阻挡层和栅电极的层叠结构，以及电荷捕获层包括硅层或氮化物层。
附图说明
图1是图示图像传感器的单位像素的电路图。
图2是用于描述图1中所示的图像传感器的操作的时序图。
图3是用于描述图1中所示的图像传感器的改善的操作的时序图。
图4是图示根据本发明的一个实施例的图像传感器的单位像素的电路图。
图5是用于描述图4中所示的图像传感器的操作的时序图。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本发明的示例性实施例。然而，本发明可以用不同的方式实施，而不应解释为局限于本文所列的实施例。确切地说，提供这些实施例使得本公开充分与完整，并向本领域技术人员充分传达本发明的范围。在本公开中，相同的附图标记直接对应于在本发明的不同附图和实施例中相同的部分。
附图并非按比例绘制，并且在某些情况下，可以夸大比例以清楚地示出实施例的特征。当第一层被称作在第二层“上”或在衬底“上”时，其不仅涉及第一层直接形成在第二层上或在衬底上的情况，还涉及在第一层与第二层之间或在第一层与衬底之间存在第三层的情况。
本发明的以下实施例提供了一种具有改善的性能的图像传感器和用于操作图像传感器的方法。在本文中，图像传感器是用于将光学图像转换成电信号的器件，以及图像传感器的非限制性实例包括电荷耦合器件(CCD)和互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器。具体地，CMOS图像传感器由于其简单的操作方案和与CMOS制造技术的兼容性而具有低生产成本的优点。CMOS图像传感器包括像素阵列，其中多个单位像素被布置成二维。单位像素中的每个包括：光电转换元件，其用于从入射光产生光电荷；以及像素晶体管，其用于输出与产生的光电荷相对应的像素信号。单位像素可以通过包括两个或更多个晶体管而被实现为各种架构。通常，像素晶体管由四个晶体管形成。此后描述了一种与本发明的实施例的相比较的比较性实例。比较性实例描述了一种包括光电转换元件、和包含有四个晶体管的像素晶体管的常规单位像素结构。
图1是图示图像传感器的单位像素的电路图，以及图2是用于描述图1中所示的图型传感器的操作的时序图。
参见图1和图2，图像传感器的单位像素可以包括：光电转换元件PD、传输晶体管Tx、复位晶体管Rx、驱动晶体管Dx和选择晶体管Sx。驱动晶体管Dx也可以被称为源极跟随器晶体管(source follower transistor)。
光电转换元件PD可以是光电二极管。光电转换元件PD的一侧可以与地耦接。传输晶体管Tx的一侧(例如，源极)可以与光电转换元件PD耦接，以及传输晶体管Tx的另一侧(例如，漏极)可以与浮置扩散节点(floating diffusion node)FD耦接。浮置扩散节点FD可以与复位晶体管Rx的一侧耦接。复位晶体管Rx的另一侧可以与电源电压端子VDD耦接。驱动晶体管Dx的一侧也可以与电源电压端子VDD耦接。驱动晶体管Dx的驱动栅可以与浮置扩散节点FD耦接。驱动晶体管Dx的另一侧可以与选择晶体管Sx的一侧耦接，以及像素信号POUT可以经由选择晶体管Sx的另一侧输出。
在第一区段T1中，在入射光被阻挡的同时，当分别施加至传输晶体管Tx和复位晶体管Rx的栅极的传输信号TRF和复位信号RST被激活时，传输晶体管Tx和复位晶体管Rx导通。随着传输晶体管Tx和复位晶体管Rx导通，则由于保留在浮置扩散节点FD中的电荷被放电所以浮置扩散节点FD被复位。在本文中，传输信号TRF和复位信号RST可以是控制晶体管导通/关断的脉冲电压信号，并且它们的信号强度(为电压值)可以相同。
在第一区段T1之后的第二区段T2中，传输晶体管Tx和复位晶体管Rx被关断的同时，来自外部的光(为被对象反射的入射光)进入光电转换元件PD。由于入射光，所以为电子-空穴对(EHP)的光电荷在光电转换元件PD中产生，并且产生的光电荷被聚集在光电转换元件PD中。因此，第二区段T2可以被视为光电转换元件PD的积累区段。
在第二区段T2之后的第三区段T3中，通过施加传输信号TRF至传输晶体管Tx的栅极并且导通传输晶体管Tx，聚集在光电转换元件PD中的光电荷被传送至浮置扩散节点FD。驱动晶体管Dx的栅偏压与被传送且聚集在浮置扩散节点FD中的光电荷量成比地改变，以及驱动晶体管Dx的源极的电压电平被改变。在本文中，当选择晶体管Sx通过施加至选择晶体管Sx的栅极的选择信号SEL来导通时，输出像素信号POUT。选择信号SEL可以是控制晶体管导通/关断的脉冲电压信号，以及选择信号SEL的信号强度(为电压值)可以与传输信号TRF和复位信号RST的相同。
图1中所示的单位像素存在的问题在于，因为复位晶体管Rx仅在第二区段T2(为光电转换元件PD的积累区段)之前的第一区段T1中保持导通，所以保留在浮置扩散节点FD中的光电荷不可以被完全地去除。这恶化了图像滞后和信噪比(SNR)特性，因为浮置扩散节点FD的电压电平在积累区段中被改变。
通常，CMOS图像传感器中的特性恶化已经通过控制像素晶体管的操作时序来被改善。
图3是用于描述图1中所示的图像传感器的改善的操作的时序图。在本文中，省略了对出现在参照图2的描述中的相同组成元件的描述。
参见图1和图3，在与第一区段T1和第二区段T2相对应的时间期间，复位信号RST被连续地施加至复位晶体管Rx的栅极。以这种方式，复位晶体管Rx可以在第二区段T2和第一区段T1中持续导通。换言之，由于复位晶体管Rx持续导通至正好开始向浮置扩散节点FD传送聚集在光电转换元件PD中的光电荷之前的时刻，所以保留在光电转换元件PD中的光电荷可以被完全地去除，因而改善了图像滞后特性。此外，可以通过防止浮置扩散节点FD的电压电平在第二区段T2中改变来改善信噪比特性。
然而，因为复位信号RST被持续地施加至复位晶体管Rx的栅极以在第一区段T1和第二区段T2期间保持复位晶体管Rx导通，所以改善的操作方法具有功耗增大的缺点。此外，由于复位信号RST被长时间施加至复位晶体管Rx的栅极，所以会因浮置扩散节点FD与复位晶体管Rx的栅极之间的泄漏而出现噪声。
为了解决这种问题，本发明的以下实施例提供了一种具有改善的信噪比和图像滞后特性以及降低的功耗的图像传感器。为此，根据本发明的实施例的图像传感器可以包括包含有存储栅的复位晶体管。复位晶体管的存储栅响应于复位信号来控制复位晶体管导通/关断，以及在平衡状态(即为无外部刺激的状态)下将复位晶体管保持在导通/关断状态。无外部刺激的平衡状态意指没有复位信号被施加至存储栅的状态。换言之，尽管没有复位信号被施加至存储栅，但是复位晶体管可以继续处于导通状态或关断状态。
可以将复位晶体管Rx保持在导通状态或关断状态的存储栅可以包括层叠有栅电介质层和栅电极的层叠结构。栅电介质层可以包括具有自发极化特性的铁电物质。在本文中，自发极化特性使得晶体管保持特定的状态，并且晶体管的导通状态或关断状态可以基于自发极化特性的方向来确定。此外，存储栅可以包括顺序地层叠有隧道绝缘层、电荷捕获层、电荷阻挡层和栅电极的层叠结构。电荷捕获层可以包括氧化硅层或氮化物层，以及隧道绝缘层和电荷阻挡层可以包括氧化物层。利用被捕获在电荷捕获层的内部的电荷，晶体管可以保持特定的状态，并且晶体管的导通/关断状态可以基于电荷捕获层的内部是否有电荷来确定。
此后参照图4和图5描述根据本发明的一个实施例的图像传感器的单位像素及其操作方法。在本发明的这个实施例中，示例性地描述了复位晶体管的栅电介质层包括具有自发极化特性的铁电物质的情况。
图4是图示根据本发明的一个实施例的图像传感器的单位像素的电路图，以及图5是用于描述图4中所示的图像传感器的操作的时序图。
参见图4和图5，图像传感器的每个单位像素可以包括：用于产生光电荷的光电转换元件PD、用于将光电荷从光电转换元件PD传送至浮置扩散节点FD的传输晶体管Tx、以及用于将浮置扩散节点FD复位的复位晶体管Rx。在本文中，复位晶体管Rx可以包括具有自发极化特性的栅电介质层，并且使其自发极化方向响应于复位信号RST来改变。
光电转换元件PD可以是光电二极管。光电转换元件PD可以包括形成在衬底中彼此垂直地重叠的多个光电转换器。光电转换器中的每个可以包括N型杂质区和P型杂质区。光电转换元件PD的一侧可以与地耦接。
传输晶体管Tx的一侧(例如，源极)可以与光电转换元件PD耦接，而传输晶体管Tx的另一侧(例如，漏极)可以与浮置扩散节点FD耦接。传输晶体管Tx可以被控制成响应于施加至传输晶体管Tx的栅极的传输信号TRF而导通或关断。传输信号TRF可以是脉冲电压信号，并且传输信号TRF的脉冲宽度可以根据传输晶体管Tx需要的导通时间来控制。这是因为传输晶体管Tx可以仅当传输信号TRF被施加至传输晶体管Tx时保持导通状态。出于此原因，传输晶体管Tx的栅电介质层不具有自发极化特性。传输晶体管Tx的栅电介质层可以由与复位晶体管Rx的栅电介质层相同的材料或者不同的材料形成。尽管传输晶体管Tx的栅电介质层由于复位晶体管Rx的栅电介质层相同的材料形成，但是是否具有自发极化特性可以根据形成方法来控制。当传输晶体管Tx的栅电介质层由与复位晶体管Rx的栅电介质层相同的材料形成时，复位晶体管Rx的栅电介质层可以被形成为比传输晶体管Tx的栅电介质层更厚。
传输晶体管Tx的栅极可以具有各种形式。例如，传输晶体管Tx的栅极可以被形成为凹陷栅、鞍-鳍栅、掩埋栅或者垂直栅的形式。
浮置扩散节点FD可以与复位晶体管Rx的一侧耦接，并且复位晶体管Rx的另一侧可以与电源电压端子VDD耦接。尽管本发明的这个实施例示出一个复位晶体管Rx与一个传输晶体管Tx耦接的情况，但是两个以上的传输晶体管Tx可以与复位晶体管Rx耦接，以改善集成度。简言之，两个以上的单位像素可以共享一个复位晶体管Rx。
复位晶体管Rx的栅极可以是存储栅。存储栅可以保持复位晶体管Rx的导通状态或关断状态。具体地，存储栅可以具有层叠有栅电介质层和栅电极的层叠结构。栅电介质层可以包括具有自发极化特性的铁电物质。具有自发极化特性的铁电物质的非限制性实例可以包括HfTaO、HfSiO、ZrO2、Ta2O5和Al2O3。栅电介质层可以是选自HfTaO、HfSiO、ZrO2、Ta2O5和Al2O3中的一种的单层，或者它们中的两种或更多种的叠层。
包括具有自发极化特性的铁电物质的栅电介质层可以使其自发极化的方向响应于施加至复位晶体管Rx的栅极的复位信号RST而变化。复位晶体管Rx的导通状态或关断状态可以基于自发极化的方向来确定。改变栅电介质层的自发极化的方向的复位信号RST可以是脉冲电压信号。复位信号RST可以通过改变信号极性来将复位晶体管Rx导通、或者将复位晶体管Rx关断。例如，复位信号RST可以包括用于导通复位晶体管Rx的第一复位脉冲RST1、和用于关断复位晶体管Rx的第二复位脉冲RST2。第一复位脉冲RST1可以具有正电压电平，而第二复位脉冲RST2可以具有负电压电平。复位信号RST的信号强度(即，电压电平)的绝对值可以比传输信号TRF和选择信号SEL的信号强度的更大。复位信号RST的脉冲宽度可以根据存储栅的特性来控制。
图像传感器可以包括驱动晶体管Dx和选择晶体管Sx，其中，驱动晶体管Dx的栅极与浮置扩散节点FD电连接。驱动晶体管Dx的一侧可以与电源电压端子VDD耦接，而驱动晶体管Dx的另一侧可以与选择晶体管Sx的一侧耦接。像素信号POUT可以从选择晶体管Sx的另一侧输出。
驱动晶体管Dx可以根据由传送的光电荷引起的浮置扩散节点FD的电压电平来用电源电压VDD执行驱动操作，以及选择晶体管Sx可以被控制成响应于选择信号SEL而导通/关断。选择信号SEL可以是脉冲电压信号，以及选择信号SEL的脉冲宽度可以根据选择信号SEL所需的导通时间来控制。
驱动晶体管Dx和选择晶体管Sx可以是与传输晶体管Tx相同的晶体管。具体地，驱动晶体管Dx的栅电介质层和选择晶体管Sx的栅电介质层不具有自发极化特性。驱动晶体管Dx的栅电介质层和选择晶体管Sx的栅电介质层可以由与复位晶体管Rx的栅电介质层相同的材料或者不同的材料形成。尽管驱动晶体管Dx的栅电介质层和选择晶体管Sx的栅电介质层由与复位晶体管Rx的栅电介质层相同的材料形成，但是是否具有自发极化特性可以根据形成方法来控制。当驱动晶体管Dx的栅电介质层和选择晶体管Sx的栅电介质层由与复位晶体管Rx的栅电介质层相同的材料形成时，复位晶体管Rx的栅电介质层可以被形成为比驱动晶体管Dx的栅电介质层和选择晶体管Sx的栅电介质层厚。
此外，两个以上的单位像素可以共享一个驱动晶体管Dx或者一个选择晶体管Sx，以改善集成度。此外，根据本发明的另一个实施例，单位像素可以不被提供有选择晶体管。当单位像素不包括选择晶体管Sx时，像素信号POUT可以从驱动晶体管Dx的另一侧输出。
在第一区段T1中，在入射光被阻挡的同时，当分别施加至传输晶体管Tx和复位晶体管Rx的栅极的传输信号TRF和第一复位脉冲RST1被激活时，传输晶体管Tx和复位晶体管Rx导通。随着传输晶体管Tx和复位晶体管Rx导通，保留在浮置扩散节点FD中的光电荷被放电以将浮置扩散节点FD复位。第一复位脉冲RST1的电压电平可以比传输信号TRF的大。这是因为第一复位脉冲RST1不仅控制复位晶体管Rx的导通或关断，还改变复位晶体管Rx的栅电介质层的自发极化方向。为了方便起见，在附图中图示了传输信号TRF的脉冲宽度与第一复位脉冲RST1的脉冲宽度相同，但是传输信号TRF的脉冲宽度和第一复位脉冲RST1的脉冲宽度可以根据所需的特性分别控制。
第一区段T1之后的第二区段T2为光电转换元件PD的积累区段。在传输晶体管Tx关断的同时，从对象反射的入射光进入光电转换元件PD，以在第二区段T2期间产生光电荷。产生的光电荷通过处于关断状态的传输晶体管Tx被聚集在光电转换元件PD中。在此，由于复位晶体管Rx的栅电介质层的自发极化方向被改变成在第一区段T1中响应于第一复位脉冲RST1而将复位晶体管Rx导通的自发极化方向，所以尽管复位信号RST被额外地施加，复位晶体管Rx也可以在第二区段T2中保持导通状态。因此，可以在降低整体的功耗的同时防止由浮置扩散节点FD的电压电平变化引起的图像滞后和SNR特性恶化。此外，可以防止发生由存储栅和浮置扩散节点FD之间的泄漏引起的噪声。
在第二区段T2的结束时段处，当第二复位脉冲RST2被施加至复位晶体管Rx的栅极时，复位晶体管Rx关断。换言之，复位晶体管Rx的栅电介质层的自发极化方向被改变成通过施加第二复位脉冲RST2而将复位晶体管Rx导通的自发极化方向。第二复位脉冲RST2可以具有与第一复位脉冲RST1相反的极性。第二复位脉冲RST2的信号响度的绝对值可以与第一复位脉冲RST1的相同。
在第二区段T2之后的第三区段T3中，当被施加至传输晶体管Tx的栅极的传输信号TRF被激活(即，传输晶体管Tx导通)时，聚集在光电转换元件PD中的光电荷被传送至浮置扩散节点FD。驱动晶体管Dx的栅偏压与被传送至且聚集在浮置扩散节点FD中的光电荷的量成比例地改变，并且驱动晶体管Dx的源极的电压电平改变。在此，当选择晶体管Sx因施加至选择晶体管Sx的栅极的选择信号SEL而导通时，输出像素信号POUT。
如上所述，由于复位晶体管Rx包括存储栅，所以根据本发明的实施例的图像传感器可以将复位晶体管Rx在电转换元件PD的积累区段中保持在导通状态，而不消耗光栅偏压。以这种方式，可以抑制功耗增加，并且防止由于浮置扩散节点FD的电压电平变化引起的图像滞后和SNR特性恶化。此外，可以防止发生由浮置扩散节点FD的存储栅之间的泄漏引起的噪声。
根据本发明的实施例，由于复位晶体管包括存储栅，所以复位晶体管可以在光电转换元件的积累区段期间持续导通而不消耗栅偏压。以这种方式，可以抑制功耗增加。此外，可以防止由浮置扩散节点的电压电平变化引起的图像滞后和信噪比特性恶化。另外，可以避免由浮置扩散节点的存储栅之间的泄漏引起的噪声。
尽管已经参照具体的实施例描述了本发明，但是对本领域技术人员显而易见的是，在不脱离所附权利要求所限定的本发明的精神和范围的情况下，可以进行各种变化和修改。
通过以上实施例可以看出，本申请提供了以下的技术方案。
技术方案1.一种图像传感器，包括：
光电转换元件，其适于产生与入射光相对应的光电荷；
传输晶体管，其适于基于传输信号来将产生的光电荷传送至浮置扩散节点；以及
复位晶体管，其适于基于复位信号来将所述浮置扩散节点复位，其中，所述复位晶体管包括存储栅。
技术方案2.如技术方案1所述的图像传感器，其中，在平衡状态下，所述存储栅保持复位晶体管的导通状态或关断状态。
技术方案3.如技术方案2所述的图像传感器，其中，所述存储栅包括层叠有栅电介质层和栅电极的层叠结构，以及
所述栅电介质层包括具有自发极化特性的铁电物质。
技术方案4.如技术方案2所述的图像传感器，其中，所述存储栅包括顺序地层叠有隧道绝缘层、电荷捕获层、电荷阻挡层和栅电极的层叠结构，以及
所述电荷捕获层包括硅层或氮化物层。
技术方案5.如技术方案1所述的图像传感器，其中，所述存储栅基于在预定的操作区段的开始时段处施加的所述复位信号的第一复位脉冲来将所述复位晶体管导通，以及基于在所述预定的操作区段的结束时段处施加的所述复位信号的第二复位脉冲来将所述复位晶体管关断，以及
所述复位晶体管在所述预定的操作区段期间保持所述导通状态。
技术方案6.如技术方案5所述的图像传感器，其中，所述预定的操作区段包括用于所述光电转换元件的积累区段。
技术方案7.如技术方案5所述的图像传感器，其中，所述第一复位脉冲具有正电压电平，而所述第二复位脉冲具有负电压电平。
技术方案8.一种图像传感器，包括：
光电转换元件，其适于产生与入射光相对应的光电荷；
传输晶体管，其适于基于传输信号来将产生的光电荷传送至浮置扩散节点；以及
复位晶体管，其适于基于复位信号来将所述浮置扩散节点复位，
其中，所述复位晶体管包括具有自发极化特性的栅电介质层，其中，所述栅电介质层的自发极化的方向基于所述复位信号来改变。
技术方案9.如技术方案8所述的图像传感器，还包括：
驱动晶体管，其具有与所述浮置扩散节点电连接的栅极。
技术方案10.如技术方案9所述的图像传感器，其中，所述驱动晶体管的栅电介质层和所述传输晶体管的栅电介质层不具有自发极化特性。
技术方案11.如技术方案8所述的图像传感器，其中，根据所述自发极化的方向，在平衡状态下，所述复位晶体管的导通状态或关断状态被保持。
技术方案12.如技术方案8所述的图像传感器，其中，随着所述栅电介质层的所述自发极化的方向基于在预定的操作区段的开始时段处施加的所述复位信号的第一复位脉冲而改变，所述复位晶体管导通，以及
随着所述栅电介质层的所述自发极化的方向基于在所述预定的操作区段的结束时段处施加的所述复位信号的第二复位脉冲而改变成相反的方向，所述复位晶体管关断，以及
在所述预定的操作区段期间，复位晶体管基于所述自发极化特性而保持在所述导通状态。
技术方案13.如技术方案12所述的图像传感器，其中，所述预定的操作区段包括用于所述光电转换元件的积累区段。
技术方案14.如技术方案12所述的图像传感器，其中，所述第一复位脉冲具有正电压电平，而所述第二复位脉冲具有负电压电平。
技术方案15.一种用于操作图像传感器的方法，所述图像传感器包括：光电转换元件，其适于产生与入射光相对应的光电荷；传输晶体管，其适于将所述光电荷传送至浮置扩散节点；复位晶体管，其适于将所述浮置扩散节点复位、并且包括存储栅，所述方法包括：
通过在第一区段施加第一复位脉冲至所述存储栅来将所述复位晶体管导通；
在所述第一区段之后的第二区段期间，允许所述入射光撞击所述光电转换元件，以及通过在所述第二区段的结束时段处将第二复位脉冲施加至所述存储栅来将所述复位晶体管关断；以及
通过在所述第二区段之后的第三区段中将传输信号施加至所述传输晶体管的栅极来将所述传输晶体管导通。
技术方案16.如技术方案15所述的方法，其中，在平衡状态下，所述存储栅保持所述复位晶体管的导通状态或关断状态。
技术方案17.如技术方案16所述的方法，其中，所述复位晶体管在所述第二区段期间保持在所述导通状态。
技术方案18.如技术方案15所述的方法，其中，所述第一复位脉冲和所述第二复位脉冲具有不同的信号极性。
技术方案19.如技术方案15所述的方法，其中，所述第一复位脉冲和所述第二复位脉冲的电压电平的绝对值大于所述传输信号的电压电平的绝对值。
技术方案20.如技术方案15所述的方法，其中，所述存储栅包括层叠有栅电介质层和栅电极的层叠结构，以及
所述栅电介质层包括具有自发极化特性的铁电物质。
技术方案21.如技术方案15所述的方法，其中，所述存储栅包括顺序地层叠有隧道绝缘层、电荷捕获层、电荷阻挡层和栅电极的层叠结构，以及
所述电荷捕获层包括硅层或氮化物层。
Claims (19)
1.一种图像传感器，包括：
光电转换元件，其适于产生与入射光相对应的光电荷；
传输晶体管，其适于基于传输信号来将产生的光电荷传送至浮置扩散节点；以及
复位晶体管，其适于基于激活的复位信号来将所述浮置扩散节点复位，其中，所述复位晶体管包括存储栅，
其中，在将所述浮置扩散节点复位之后的预定的操作区段期间，尽管未施加激活的复位信号，但所述复位晶体管保持在所述导通状态。
2.如权利要求1所述的图像传感器，其中，在平衡状态下，所述存储栅保持复位晶体管的导通状态或关断状态。
3.如权利要求2所述的图像传感器，其中，所述存储栅包括层叠有栅电介质层和栅电极的层叠结构，以及
所述栅电介质层包括具有自发极化特性的铁电物质。
4.如权利要求2所述的图像传感器，其中，所述存储栅包括顺序地层叠有隧道绝缘层、电荷捕获层、电荷阻挡层和栅电极的层叠结构，以及
所述电荷捕获层包括硅层或氮化物层。
5.如权利要求1所述的图像传感器，其中，所述存储栅基于在所述预定的操作区段的开始时段处施加的所述复位信号的第一复位脉冲来将所述复位晶体管导通，以及基于在所述预定的操作区段的结束时段处施加的所述复位信号的第二复位脉冲来将所述复位晶体管关断。
6.如权利要求5所述的图像传感器，其中，所述预定的操作区段包括用于所述光电转换元件的积累区段。
7.如权利要求5所述的图像传感器，其中，所述第一复位脉冲具有正电压电平，而所述第二复位脉冲具有负电压电平。
8.一种图像传感器，包括：
光电转换元件，其适于产生与入射光相对应的光电荷；
传输晶体管，其适于基于传输信号来将产生的光电荷传送至浮置扩散节点；以及
复位晶体管，其适于基于被激活至第一电平的复位信号来将所述浮置扩散节点复位，
其中，所述复位晶体管包括具有自发极化特性的栅电介质层，其中，所述栅电介质层的自发极化的方向基于所述复位信号来改变，
其中，在将所述浮置扩散节点复位之后的预定的操作区段期间，尽管未施加激活的复位信号，但所述复位晶体管保持在所述导通状态，
其中，所述复位晶体管响应于被激活至第二电平的复位信号而关断，所述第二电平与所述第一电平相反。
9.如权利要求8所述的图像传感器，还包括：
驱动晶体管，其具有与所述浮置扩散节点电连接的栅极。
10.如权利要求9所述的图像传感器，其中，所述驱动晶体管的栅电介质层和所述传输晶体管的栅电介质层不具有自发极化特性。
11.如权利要求8所述的图像传感器，其中，根据所述自发极化的方向，在平衡状态下，所述复位晶体管的导通状态或关断状态被保持。
12.如权利要求8所述的图像传感器，其中，随着所述栅电介质层的所述自发极化的方向基于在预定的操作区段的开始时段处施加的所述复位信号的第一复位脉冲而改变，所述复位晶体管导通，以及
随着所述栅电介质层的所述自发极化的方向基于在所述预定的操作区段的结束时段处施加的所述复位信号的第二复位脉冲而改变成相反的方向，所述复位晶体管关断，以及
在所述预定的操作区段期间，复位晶体管基于所述自发极化特性而保持在所述导通状态。
13.如权利要求12所述的图像传感器，其中，所述预定的操作区段包括用于所述光电转换元件的积累区段。
14.如权利要求12所述的图像传感器，其中，所述第一复位脉冲具有正电压电平，而所述第二复位脉冲具有负电压电平。
15.一种用于操作图像传感器的方法，所述图像传感器包括：光电转换元件，其适于产生与入射光相对应的光电荷；传输晶体管，其适于将所述光电荷传送至浮置扩散节点；复位晶体管，其适于将所述浮置扩散节点复位、并且包括存储栅，所述方法包括：
通过在第一区段施加第一复位脉冲至所述存储栅来将所述复位晶体管导通；
在所述第一区段之后的第二区段期间，允许所述入射光撞击所述光电转换元件，以及通过在所述第二区段的结束时段处将第二复位脉冲施加至所述存储栅来将所述复位晶体管关断；以及
通过在所述第二区段之后的第三区段中将传输信号施加至所述传输晶体管的栅极来将所述传输晶体管导通，
其中，在所述第二区段期间，尽管未施加所述第一复位脉冲，但所述复位晶体管保持在所述导通状态，
其中，所述复位晶体管响应于所述第二复位脉冲而关断，
所述第一复位脉冲和所述第二复位脉冲具有不同的信号极性。
16.如权利要求15所述的方法，其中，在平衡状态下，所述存储栅保持所述复位晶体管的导通状态或关断状态。
17.如权利要求15所述的方法，其中，所述第一复位脉冲和所述第二复位脉冲的电压电平的绝对值大于所述传输信号的电压电平的绝对值。
18.如权利要求15所述的方法，其中，所述存储栅包括层叠有栅电介质层和栅电极的层叠结构，以及
所述栅电介质层包括具有自发极化特性的铁电物质。
19.如权利要求15所述的方法，其中，所述存储栅包括顺序地层叠有隧道绝缘层、电荷捕获层、电荷阻挡层和栅电极的层叠结构，以及
所述电荷捕获层包括硅层或氮化物层。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |