CN105991945A - 图像传感器 - Google Patents

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Abstract

一种图像传感器，包括：光接收部，适用于产生与入射光对应的光电荷；第一驱动部，适用于基于光电荷来将与第一电压对应的第一输出电压传输至第一列线；第二驱动部，适用于基于光电荷来将与第二电压对应的第二输出电压传输至第二列线；以及输出部，适用于基于第一输出电压和第二输出电压来输出图像信号。

Description

图像传感器
相关申请的交叉引用
本申请要求2015年3月20日提交的申请号为10-2015-0039049的题为“图像传感器”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
本发明的各种实施例涉及一种半导体设计技术，具体而言涉及一种图像传感器。
背景技术
图像传感器将光学图像转换为电信号。近来，随着计算机和通信工业的发展，在各个领域(诸如数字照相机、便携式摄像机、智能手机、游戏机、监控摄像机、医疗微型摄像机、机器人等)对具有改善性能的图像传感器的需求已经增大。
发明内容
本发明的各种实施例是针对一种具有改善性能的图像传感器。
在实施例中，一种图像传感器可以包括：光接收部，适用于产生与入射光对应的光电荷；第一驱动部，适用于基于光电荷来将与第一电压对应的第一输出电压传输至第一列线；第二驱动部，适用于基于光电荷来将与第二电压对应的第二输出电压传输至第二列线；以及输出部，适用于基于第一输出电压和第二输出电压来输出图像信号。
第一驱动部和第二驱动部可以分别包括一个或更多个MOS晶体管，并且第一驱动部和第二驱动部具有互补的导电类型。第一驱动部和第二驱动部可以基于相同量的光电荷而同时操作。第一驱动部可以包括第一源极跟随器晶体管，其适用于基于光电荷来产生与第一电压对应的第一输出电压，以及第二驱动部可以包括第二源极跟随器晶体管，其适用于基于光电荷来产生与第二电压对应的第二输出电压。第一源极跟随器晶体管和第二源极跟随器晶体管可以包括具有互补导电类型的MOS晶体管。第一电压可以高于第二电压，以及第一源极跟随器晶体管可以包括nMOS晶体管，第二源极跟随器晶体管可以包括pMOS晶体管。第一驱动部可以包括第一选择晶体管，其适用于基于被施加至第一行线的第一选择信号来将第一输出电压传输至第一列线，以及第二驱动部可以包括第二选择晶体管，其适用于基于被施加至第二行线的第二选择信号来将第二输出电压传输至第二列线。第一选择晶体管和第二选择晶体管可以包括具有互补导电类型的MOS晶体管。第二选择信号可以是第一选择信号的反相信号。光接收部可以包括：光电转换元件，适用于基于入射光来产生光电荷；浮动扩散节点，适用于储存光电转换元件中产生的光电荷；传送晶体管，适用于基于传送信号来将光电转换元件中产生的光电荷传输至浮动扩散节点；以及重置晶体管，适用于基于重置信号来重置浮动扩散节点。
在实施例中，一种图像传感器可以包括：第一节点，被设置为第一电压；第二节点，被设置为第二电压；光接收部，耦接在第一节点与第二节点之间；第一源极跟随器晶体管，耦接至第一节点；第一选择晶体管，耦接在第一源极跟随器晶体管与第一列线之间并且被第一行线控制；第二源极跟随器晶体管，耦接至第二节点；第二选择晶体管，耦接在第二源极跟随器晶体管与第二列线之间并且被第二行线控制；以及输出部，耦接至第一列线和第二列线。
第一源极跟随器晶体管和第二源极跟随器晶体管以及第一选择晶体管和第二选择晶体管可以包括具有互补导电类型的MOS晶体管。第一源极跟随器晶体管和第二源极跟随器晶体管可以具有互补的导电类型。第一源极跟随器晶体管和第一选择晶体管可以具有相同的导电类型，第二源极跟随器晶体管和第二选择晶体管可以具有相同的导电类型。输出部可以将第一列线的值与第二列线的值合并来将合并的值提供给一个最终列线。光接收部可以包括：光电转换元件，耦接至第二节点；重置晶体管，耦接至第一节点；以及传送晶体管，耦接在光电转换元件与重置晶体管之间。第一源极跟随器晶体管的栅极和第二源极跟随器晶体管的栅极可以耦接至浮动扩散节点，所述浮动扩散节点是传送晶体管和重置晶体管的公共节点。
在实施例中，一种图像传感器可以包括：像素阵列，在所述像素阵列中多个单位像素以矩阵结构布置；多个行线，每个行线包括第一导电行线和第二导电行线，所述第一导电行线和第二导电行线被在行驱动单元中产生的差分选择信号驱动；多个列线，每个列线包括第一导电列线和第二导电列线，所述第一导电列线和第二导电列线与在所选择的单位像素中产生的第一输出电压和第二输出电压对应；输出控制单元，适用于基于第一输出电压和第二输出电压来产生图像信号，其中输出控制单元包括与相应的列线对应的多个输出部；以及采样单元，耦接至输出控制单元来采样图像信号。
在实施例中，一种图像传感器可以包括：第一衬底，包括多个光接收部，每个光接收部适用于基于入射光来产生光电荷；第一电路层，形成在第一衬底上；第二电路层，形成在第二衬底上；以及连接器，适用于将第一电路层与第二电路层电耦接，其中，与相应的光接收部对应的多个单位像素中的每个可以包括：第一驱动部，适用于基于在光接收部中产生的光电荷来将与第一电压对应的第一输出电压传输至第一列线；第二驱动部，适用于基于在光接收部中产生的光电荷来将与第二电压对应的第二输出电压传输至第二列线；以及输出部，适用于基于第一输出电压和第二输出电压来输出图像信号。
第一衬底和第二衬底可以结合，使得第一电路层和第二电路层彼此面对。第一驱动部和第二驱动部可以分别包括一个或更多个MOS晶体管，并且第一驱动部和第二驱动部具有互补的导电类型。第一电路层可以包括第一驱动部，以及第二电路层可以包括第二驱动部。
附图说明
图1是示出图像传感器的框图。
图2是图1所示的单位像素的细节图。
图3是示出根据本发明实施例的图像传感器的框图。
图4是图3所示单位像素的细节图。
图5是示出根据本发明实施例的图像传感器的剖面图。
图6是示出根据本发明实施例的电子设备的示图。
具体实施方式
以下将参照附图详细描述各种实施例。然而，本发明可以以不同形式实现并且不应当被解释为局限于本文所阐述的实施例。更确切地说，提供这些实施例使得本公开将是彻底和完全的，并且将本发明的范围充分地传达给本领域技术人员。贯穿本公开，相同的附图标记在本发明的各种附图和实施例中指代相同的部分。
附图不一定按比例，在某些情况下，可以放大比例以清楚地说明实施例的特征。当第一层被称为在第二层“上”或衬底“上”，不仅是指其中第一层直接形成在第二层或衬底上，还指其中第三层存在于第一层与第二层或衬底之间。还应当注意的是，在说明书中“连接/耦接”不仅是指一个组件直接与另一组件耦接，还指经由中间组件与另一组件间接耦接。另外，只要没有特别提及，单数形式可以包括复数形式。
稍后将描述的本发明的实施例提供一种具有改善的信噪比(SNR)的图像传感器。
图像传感器包括电荷耦合器件(CCD)和CMOS图像传感器(CIS)。由于CIS具有简单的驱动方案并且可以使用CMOS处理技术来制造，因此通常会降低制造成本。CIS包括像素阵列，在所述像素阵列中多个单位像素以矩阵结构布置。每个单位像素可以包括用于从入射光产生光电荷的光电转换元件以及用于响应于产生的光电荷来输出图像信号的输出电路。输出电路可以包括多个像素晶体管并且可以以各种架构实现。输出电路可以实现为四个像素晶体管。
图1是示出图像传感器的框图，图2是图像传感器单位像素的电路图。
如图1和图2所示，图像传感器包括：像素阵列100，在所述图像阵列100中多个单位像素110以矩阵结构布置；相关双采样(CDS)单元120；模数转换器(ADC)单元130；缓冲单元140；行驱动单元150；时序发生器160；控制寄存器单元170和斜坡信号发生器180。
时序发生器160产生用于控制行驱动单元150、相关双采样单元120、模数转换器单元130和斜坡信号发生器180的操作的控制信号。控制寄存器单元170产生用于控制斜坡信号发生器180、时序发生器160和缓存单元140的操作的控制信号。
行驱动单元150以行线为单位驱动像素阵列100。例如，行驱动单元150产生能够从多个行线中选择一个行线的选择信号。单位像素110耦接至每个行线。一个行线耦接至每个单位像素110。
每个单位像素110检测输入光并且将图像重置信号和图像信号经由列线输出至相关双采样单元120。相关双采样单元120对接收到的图像重置信号和图像信号中的每个执行采样。单位像素110分别耦接至多个列线，一个列线耦接至每个单位像素110。模数转换器单元130比较从斜坡信号发生器180输出的斜坡信号与从相关双采样单元120输出的采样信号，并且输出比较信号。模数转换器单元130根据从时序发生器160提供的时钟信号来计数比较信号的电平转变次数，并且将计数值输出至缓冲单元140。斜坡信号发生器180在时序发生器160的控制下操作。
缓冲单元140储存从模数转换器单元130输出的多个数字信号，以及感测放大并且输出所述数字信号。因此，缓冲单元140包括存储器(未示出)和感测放大器(未示出)。存储器储存计数值，所述计数值指与从单位像素110输出的信号关联的计数值。感测放大器感测并且放大从存储器输出的相应的计数值。
每个单位像素110包括光电转换元件PD、传送晶体管Tx、重置晶体管Rx、源极跟随器晶体管SFx和选择晶体管Sx。
光电转换元件PD可以是光电二极管。光电转换元件PD耦接在被设置为接地电压的第二节点VSS与传送晶体管Tx之间。重置晶体管Rx耦接在传送晶体管Tx与被设置为电源电压VDD的第一节点之间。浮动扩散节点FD耦接在重置晶体管Rx与传送晶体管Tx之间。源极跟随器晶体管SFx的栅极耦接至浮动扩散节点FD。源极跟随器晶体管SFx的一侧耦接至第一节点，其另一侧耦接至选择晶体管Sx。选择晶体管Sx的栅极耦接至从行驱动单元150延伸的行线，以及选择晶体管Sx耦接至列线。列线耦接至相关双采样单元120。
当选择晶体管Sx响应于经由行线从行驱动单元150施加的选择信号而导通时，特定单位像素被选中。然后，当引入到光电转换元件PD的入射光已经被阻止时，重置晶体管Rx导通以重置浮动扩散节点FD。然后，重置晶体管Rx关断，以及入射光照入光电转换元件PD预定时间(例如，在结合时段(integration period)期间)，从而产生光电荷。结合时段之后，传送晶体管Tx导通，在光电转换元件PD中产生的光电荷传输至浮动扩散节点FD，传输的光电荷被储存在浮动扩散节点FD。源极跟随器晶体管SFx的栅极偏压与储存在浮动扩散节点FD中的光电荷量成比例地改变，与电源电压对应的输出电压(即，图像信号)响应于储存在浮动扩散节点FD中的光电荷量而被输出至列线。
已经做出大量研究来改善像素晶体管和降低图像传感器(诸如图1和图2中的那些图像传感器)中的噪音。例如，来自源极跟随器晶体管SFx的闪烁噪音会引起图像劣化是已知的。然而，由于阈值电压变化的噪音和低频功率噪音仍然是有待解决的主要问题。
就这一点而言，稍后将描述的本发明的实施例提供一种图像传感器，其包括能够解决前述噪音问题的互补源极跟随器。由于互补源极跟随器通过将nMOS晶体管的输出与pMOS晶体管的输出相加(或合并)来产生最终输出，因此有可能控制阈值电压变化和低频变化。即，由于nMOS晶体管和pMOS晶体管的阈值电压的极性相反，它们是抵消的，从而最终输出不受阈值电压的影响。而且，由于功率噪音也具有相反的极性，因此最终输出不受功率噪音的影响。
图3是示出根据本发明实施例的图像传感器的框图。
如图3所示，图像传感器可以包括：像素阵列300，在所述图像阵列100中多个单位像素310以矩阵结构布置；相关双采样(CDS)单元320；模数转换器(ADC)单元330；缓冲单元340；行驱动单元350；时序发生器360；控制寄存器单元370；斜坡信号发生器380；和输出控制单元390。
时序发生器360产生用于控制行驱动单元350、相关双采样单元320、模数转换器单元330、斜坡信号发生器380和输出控制单元390的操作的控制信号。控制寄存器单元370产生用于控制斜坡信号发生器380、时序发生器360和缓存单元340的操作的控制信号。
行驱动单元350驱动在单位行线中的像素阵列300。例如，行驱动单元350可以产生能够从多个行线中选择一个行线的选择信号。两个行线(例如，第一行线(行线1)和第二行线(行线2))可以耦接至每个单位像素310。第一行线和第二行线可以被在行驱动单元350中产生的差分选择信号驱动。
包括与第一输出电压和第二输出电压对应的第一导电线和第二导电线的列线可以耦接至每个单位像素310。第一列线(列线1)和第二列线(列线2)可以耦接至每个单位像素310。第一列线和第二列线可以耦接至输出部395，输出部395可以将图像重置信号和图像信号输出至相关双采样单元320。多个输出部395可以布置在像素阵列300的一侧来与像素阵列300的列相对应，输出控制单元390可以包括输出部395。
相关双采样单元320对从包括输出部395的输出控制单元390接收的接收图像重置信号和图像信号中的每个执行采样。模数转换器单元330比较从斜坡信号发生器380输出的斜坡信号与从相关双采样单元320输出的采样信号，并且输出比较信号。模数转换器单元330根据从时序发生器360提供的时钟信号来计数比较信号的电平转变次数，并且将计数值输出至缓冲单元340。斜坡信号发生器380可以在时序发生器360的控制下操作。
图4是图3所示单位像素310的细节图。
参照图4，单位像素310可以包括光接收部313、第一驱动部314、第二驱动部315和输出部。光接收部313耦接在被设置为第一电压的第一节点311与被设置为第二电压的第二节点312之间，并且响应于入射光来产生光电荷。第一驱动部314响应于由光接收部313提供的光电荷来将与第一电压对应的第一输出电压传输至第一列线。第二驱动部315响应于由光接收部313提供的光电荷来将与第二电压对应的第二输出电压传输至第二列线。输出部耦接至第一列线和第二列线并且响应于第一输出电压和第二输出电压来输出图像信号。第一驱动部314和第二驱动部315可以具有互补的导电类型。第一驱动部314和第二驱动部315可以同时响应于相同量的光电荷而操作。
耦接在第一节点311与第二节点312之间的光接收部313可以包括：光电转换元件PD，其用于响应于入射光而产生光电荷；浮动扩散节点FD，用于储存产生的光电荷；传送晶体管Tx，用于响应于传送信号来将在光电转换元件PD中产生的光电荷传输至浮动扩散节点FD；以及重置晶体管Rx，用于响应于重置信号来重置浮动扩散节点FD。传送信号和重置信号可以分别施加至传送晶体管Tx的栅极和重置晶体管Rx的栅极。
第一节点311的第一电压和第二节点312的第二电压是不同的，第一电压可以高于第二电压。例如，第一电压可以是电源电压VDD，而第二电压可以是接地电压VSS。电光转换元件PD可以包括光电二极管。光电转换元件PD可以耦接在第二节点312与传送晶体管Tx之间。重置晶体管Rx可以耦接在传送晶体管Tx与第一节点311之间，浮动扩散节点FD可以耦接在重置晶体管Rx与传送晶体管Tx之间。传送晶体管Tx和重置晶体管Rx可以包括MOS晶体管。例如，传送晶体管Tx可以是nMOS晶体管，而重置晶体管Rx可以是nMOS晶体管或pMOS晶体管。
第一驱动部314可以包括第一源极跟随器晶体管n_SFx和第一选择晶体管n_Sx。第一源极跟随器晶体管n_SFx可以耦接在第一节点311与第一选择晶体管n_Sx之间，第一源极跟随器晶体管n_SFx的栅极可以耦接至浮动扩散节点FD。第一源极跟随器晶体管n_SFx可以响应于在光接收部313中产生的光电荷来产生与第一电压对应的第一输出电压。第一选择晶体管n_Sx可以耦接在第一源极跟随器晶体管n_SFx与第一列线之间，第一选择晶体管n_Sx的栅极可以耦接至第一行线。第一选择晶体管n_Sx可以响应于经由第一行线施加的第一选择信号来将在第一源极跟随器晶体管n_SFx中产生的第一输出电压传输至第一列线。
第二驱动部315可以包括第二源极跟随器晶体管p_SFx和第二选择晶体管p_Sx。第二源极跟随器晶体管p_SFx可以耦接在第二节点312与第二选择晶体管p_Sx之间，第二源极跟随器晶体管p_SFx的栅极可以耦接至浮动扩散节点FD。第二源极跟随器晶体管p_SFx可以响应于在光接收部313中产生的光电荷来产生与第二电压对应的第二输出电压。第二输出电压可以与第一输出电压同时响应于相同量的光电荷而产生。第二选择晶体管p_Sx可以耦接在第二源极跟随器晶体管p_SFx与第二列线之间，第二选择晶体管p_Sx的栅极可以耦接至第二行线。第二选择晶体管p_Sx可以响应于经由第二行线施加的第二选择信号来将在第二源极跟随器晶体管p_SFx中产生的第二输出电压传输至第二列线。第二选择信号被施加至第二行线时与第一选择信号被施加至第一行线时可以是一样的。
第一源极跟随器晶体管n_SFx、第二源极跟随器晶体管p_SFx、第一选择晶体管n_Sx和第二选择晶体管p_Sx可以包括具有互补的导电类型的MOS晶体管。详细地，为了防止由于噪音引起的特性劣化，第一源极跟随器晶体管n_SFx和第二源极跟随器晶体管p_SFx可以具有互补的导电类型。第一选择晶体管n_Sx和第二选择晶体管p_Sx也可以具有互补的导电类型。第一源极跟随器晶体管n_SFx和第一选择晶体管n_Sx可以具有相同的导电类型，第二源极跟随器晶体管p_SFx和第二选择晶体管p_Sx也可以具有相同的导电类型。可以调节第一选择晶体管n_Sx和第二选择晶体管p_Sx的导电类型从而改善图像传感器的集成度。在实施例中，由于第一源极跟随器晶体管n_SFx耦接至被设置为高于第二电压的第一电压的第一节点311，因此第一源极跟随器晶体管n_SFx可以是nMOS晶体管，第二源极跟随器晶体管p_SFx可以是pMOS晶体管。因此，第一选择晶体管n_Sx可以是nMOS晶体管，第二选择晶体管p_Sx可以是pMOS晶体管。在该示例中，施加至第二选择晶体管p_Sx的第二选择信号可以通过反相第一选择信号来获得。即，第一选择信号和第二选择信号可以是差分信号。
第一选择晶体管n_Sx和第二选择晶体管p_Sx还可以是具有相同导电类型的MOS晶体管。第一选择信号和第二选择信号可以是相同的信号或者第一选择晶体管n_Sx和第二选择晶体管p_Sx可以共享一个行线。因此，第一驱动部314和第二驱动部315可以共享一个选择晶体管。如上所述，当第一选择晶体管n_Sx和第二选择晶体管p_Sx具有相同的导电类型时，由于第一驱动部314和第二驱动部315具有某些不同的配置，因此显著增大了设计和制造的难度。
输出部395起到从第一输出电压和第二输出电压产生不含噪音成分的图像信号的作用，例如，因功率噪音而由晶体管的阈值电压变化或低频变化引起的噪音成分。为了这个目的，在输出部395中产生的图像信号可以通过将第一输出电压与第二输出电压相加而产生。为了产生这样的图像信号，输出部395可以具有用于将第一列线的值与第二列线的值合并并且将合并的值提供至最终列线的配置。因为用于响应于在光接收部313中产生的光电荷来产生第一输出电压和第二输出电压的第一源极跟随器晶体管n_SFx和第二源极跟随器晶体管p_SFx具有互补的导电类型，所以输出部395可以提供不含噪音成分的图像信号。即，由于加载于第一输出电压和第二输出电压的阈值电压具有相反的极性，因此通过将第一输出电压与第二输出电压相加而获得的图像信号不受像素晶体管的阈值电压变化的影响。此外，由于因加载于第一输出电压和第二输出电压的功率噪音的低频变化也具有相反的极性，因此通过将第一输出电压与第二输出电压相加而获得的图像信号不受功率噪音的影响。
在下文中，将描述根据实施例的图像传感器的单位像素的操作。第一选择晶体管n_Sx和第二选择晶体管p_Sx分别响应于从行驱动单元350施加至第一行线和第二行线的第一选择信号和第二选择信号而同时导通。第二选择信号可以通过反相第一选择信号而获得。当引入至光电转换元件PD的入射光被阻止时，重置晶体管Rx导通来重置浮动扩散节点FD。然后，重置晶体管Rx关断，入射光照入光电转换元件PD预定时间(例如，结合时段)，从而产生光电荷。即使在结合时段，重置晶体管Rx也可以保持导通状态，使得有可能更有效地防止因功率噪音引起的特征劣化。结合时段之后，传送晶体管Tx导通，在光电转换元件PD中产生的光电荷被传输至浮动扩散节点FD，传输的光电荷被储存在浮动扩散节点FD中。第一源极跟随器晶体管n_SFx和第二源极跟随器晶体管p_SFx的栅极偏压与储存在浮动扩散节点FD中的光电荷的量成比例地改变，与第一电压对应的第一输出电压和与第二电压对应的第二输出电压响应于储存在浮动扩散节点FD中的光电荷量而被传输至第一列线和第二列线。第一输出电压和第二输出电压经由第一列线和第二列线被传输至输出部395，而图像信号响应于第一输出电压和第二输出电压而从输出部395输出。将从输出部395输出的图像信号提供给相关双采样单元320。
如上所述，图像传感器包括具有不同导电类型的第一驱动部314和第二驱动部315，从而缓解了因功率噪音而由晶体管的阈值电压变化和低频变化引起的噪音。所以，有可能改善图像传感器的信噪比特性。
此外，图像传感器包括第一驱动部314和第二驱动部315，从而缓解了噪音问题并且同时改善了图像传感器的集成。这将参照图5来详细描述。
在根据实施例的前述图像传感器中，互补晶体管应当以像素阵列实现。为了这个目的，由于具有各种导电类型的多个阱(例如，pMOS晶体管的n阱和nMOS晶体管的p阱)应当形成为像素阵列，因此不可能实现高度集成的图像传感器。CMOS图像传感器(CIS)可以被分为前照式CIS和背照式CIS。已知背照式CIS可以实现优于前照式CIS的操作特性(例如，感光度)。另外，背照式CIS在处理中应当同时具有器件晶片和载体晶片。因此，稍后将描述的本发明的实施例提供一种图像传感器，即使第一光接收部和第二光接收部具有互补的导电类型，所述图像传感器也能够利用同时具有器件晶片和载体晶片的背照式CIS的特性来改善集成度。在下文中，为了方便起见，将省略前述图像传感器的单位像素和块的详细描述。
图5是示出根据本发明实施例的图像传感器的剖面图。
如图5所示，图像传感器可以包括像素阵列，在所述像素阵列中多个单位像素以矩阵结构布置。像素阵列可以包括第一衬底510，其包括用于响应于入射光来产生光电荷的多个光接收部，第一电路层515，形成在第一衬底510上；第二电路层525，形成在第二衬底520上；以及连接器530，用于将第一电路层515与第二电路层525电连接。像素阵列可以包括层叠结构，在所述层叠结构中第一衬底510和第二衬底520已经结合，从而第一电路层515和第二电路层525彼此面对。光入射面可以是第一衬底510的后表面。
在像素阵列中，布置为阵列结构的每个单位像素可以包括：光接收部，其用于响应于入射光来产生光电荷；第一驱动部，用于响应于光电荷将与第一电压对应的第一输出电压传输至第一列线；第二驱动部，用于响应于光电荷来将与第二电压对应的第二输出电压传输至第二列线；以及输出部，用于响应于第一输出电压和第二输出电压来输出图像信号。第一驱动部和第二驱动部可以包括具有互补导电类型的一个或更多个MOS晶体管。例如，第一驱动部可以包括第一源极跟随器晶体管和第一选择晶体管，其中这些晶体管可以是nMOS晶体管。第二驱动部可以包括第二源极跟随器晶体管和第二选择晶体管，其中这些晶体管可以是pMOS晶体管(见图3和图4)。
在像素阵列中，即使每个单位像素包括具有互补导电类型的第一驱动部和第二驱动部，第一电路层515也可以包括第一驱动部并且第二电路层525也可以包括第二驱动部，从而改善集成度。即，第一衬底510上的第一电路层515可以仅包括具有第一导电类型(例如，n型沟道)的晶体管，以及第二衬底520上的第二电路层525可以仅包括具有第二导电类型(例如，p沟道)的晶体管。
根据实施例的前述图像传感器可以应用于各种电子设备。在下文中，参照图6，将描述包括根据实施例的图像传感器的电子设备的示例。图6示出能够捕获静态图像的数字照相机的示例。
图6是示出根据本发明实施例的电子设备的示图。
如图6所示，电子设备可以包括光学透镜710、图像传感器711、驱动电路712和信号处理电路713。图像传感器711可以具有与图3至图5所示的图像传感器相同的配置。
光学透镜710在图像传感器711的成像面上形成来自物体的入射光的图像。因此，与信号对应的电荷在预定时段聚积在图像传感器711中。驱动电路712供应图像传感器711的传送操作信号。图像传感器711的信号传送由从驱动电路712供应的驱动信号(或时序信号)执行。信号处理电路713执行各种类型的信号处理。受到信号处理的图像信号被储存在储存介质(诸如存储器)中或者被输出至显示器。
虽然出于说明的目的已经描述了各种实施例，打算对于本领域技术人员来说显然的是，在不脱离由所附权利要求限定的本发明的精神和范围的情况下可以做出各种改变和修改。
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：
光接收部，适用于产生与入射光对应的光电荷；
第一驱动部，适用于基于光电荷来将与第一电压对应的第一输出电压传输至第一列线；
第二驱动部，适用于基于光电荷来将与第二电压对应的第二输出电压传输至第二列线；以及
输出部，适用于基于第一输出电压和第二输出电压来输出图像信号。
技术方案2.如技术方案1所述的图像传感器，其中，第一驱动部和第二驱动部分别包括一个或更多个MOS晶体管，并且第一驱动部和第二驱动部具有互补的导电类型。
技术方案3.如技术方案1所述的图像传感器，其中第一驱动部和第二驱动部基于相同量的光电荷而同时操作。
技术方案4.如技术方案1所述的图像传感器，其中第一驱动部包括第一源极跟随器晶体管，所述第一源极跟随器晶体管适用于基于光电荷来产生与第一电压对应的第一输出电压，以及
第二驱动部包括第二源极跟随器晶体管，所述第二源极跟随器晶体管适用于基于光电荷来产生与第二电压对应的第二输出电压。
技术方案5.如技术方案4所述的图像传感器，其中第一源极跟随器晶体管和第二源极跟随器晶体管包括具有互补导电类型的MOS晶体管。
技术方案6.如技术方案4所述的图像传感器，其中，第一电压高于第二电压，以及第一源极跟随器晶体管包括nMOS晶体管，第二源极跟随器晶体管包括pMOS晶体管。
技术方案7.如技术方案1所述的图像传感器，其中，第一驱动部包括第一选择晶体管，所述第一选择晶体管适用于基于被施加至第一行线的第一选择信号来将第一输出电压传输至第一列线，以及第二驱动部包括第二选择晶体管，所述第二选择晶体管适用于基于被施加至第二行线的第二选择信号来将第二输出电压传输至第二列线。
技术方案8.如技术方案7所述的图像传感器，其中，第一选择晶体管和第二选择晶体管包括具有互补导电类型的MOS晶体管。
技术方案9.如技术方案7所述的图像传感器，其中第二选择信号是第一选择信号的反相信号。
技术方案10.如技术方案1所述的图像传感器，其中光接收部包括：
光电转换元件，适用于基于入射光来产生光电荷；
浮动扩散节点，适用于储存光电转换元件中产生的光电荷；
传送晶体管，适用于基于传送信号来将光电转换元件中产生的光电荷传输至浮动扩散节点；以及
重置晶体管，适用于基于重置信号来重置浮动扩散节点。
技术方案11.一种图像传感器，包括：
第一节点，被设置为第一电压；
第二节点，被设置为第二电压；
光接收部，耦接在第一节点与第二节点之间；
第一源极跟随器晶体管，耦接至第一节点；
第一选择晶体管，耦接在第一源极跟随器晶体管与第一列线之间并且被第一行线控制；
第二源极跟随器晶体管，耦接至第二节点；
第二选择晶体管，耦接在第二源极跟随器晶体管与第二列线之间并且被第二行线控制；以及
输出部，耦接至第一列线和第二列线。
技术方案12.如技术方案11所述的图像传感器，其中，第一源极跟随器晶体管与第二源极跟随器晶体管包括具有互补导电类型的MOS晶体管，以及第一选择晶体管与第二选择晶体管包括具有互补导电类型的MOS晶体管。
技术方案13.如技术方案12所述的图像传感器，其中第一源极跟随器晶体管和第二源极跟随器晶体管具有互补的导电类型。
技术方案14.如技术方案12所述的图像传感器，其中，第一源极跟随器晶体管和第一选择晶体管具有相同的导电类型，第二源极跟随器晶体管和第二选择晶体管具有相同的导电类型。
技术方案15.如技术方案11所述的图像传感器，其中输出部将第一列线的值与第二列线的值合并来将合并的值提供给一个最终列线。
技术方案16.如技术方案11所述的图像传感器，其中光接收部包括：
光电转换元件，耦接至第二节点；
重置晶体管，耦接至第一节点；以及
传送晶体管，耦接在光电转换元件与重置晶体管之间。
技术方案17.如技术方案16所述的图像传感器，其中第一源极跟随器晶体管的栅极和第二源极跟随器晶体管的栅极耦接至浮动扩散节点，所述浮动扩散节点是传送晶体管和重置晶体管的公共节点。
技术方案18.一种图像传感器，包括：
像素阵列，在所述像素阵列中多个单位像素以矩阵结构布置；
多个行线，每个行线包括第一导电行线和第二导电行线，所述第一导电行线和第二导电行线被在行驱动单元中产生的差分选择信号驱动；
多个列线，每个列线包括第一导电列线和第二导电列线，所述第一导电列线和第二导电列线与在所选择的单位像素中产生的第一输出电压和第二输出电压对应；
输出控制单元，适用于基于第一输出电压和第二输出电压来产生图像信号，其中输出控制单元包括与相应的列线对应的多个输出部；以及
采样单元，耦接至输出控制单元来采样图像信号。
技术方案19.一种图像传感器，包括：
第一衬底，包括多个光接收部，每个光接收部适用于基于入射光来产生光电荷；
第一电路层，形成在第一衬底上；
第二电路层，形成在第二衬底上；以及
连接器，适用于将第一电路层与第二电路层电耦接，
其中，与相应的光接收部对应的多个单位像素中的每个包括：
第一驱动部，适用于基于在光接收部中产生的光电荷来将与第一电压对应的第一输出电压传输至第一列线；
第二驱动部，适用于基于在光接收部中产生的光电荷来将与第二电压对应的第二输出电压传输至第二列线；以及
输出部，适用于基于第一输出电压和第二输出电压来输出图像信号。
技术方案20.如技术方案19所述的图像传感器，其中第一衬底和第二衬底结合，使得第一电路层和第二电路层彼此面对。
技术方案21.如技术方案20所述的图像传感器，其中第一驱动部和第二驱动部分别包括一个或更多个MOS晶体管，并且第一驱动部和第二驱动部具有互补的导电类型。
技术方案22.如技术方案21所述的图像传感器，其中第一电路层包括第一驱动部，以及
第二电路层包括第二驱动部。

Claims (10)

1.一种图像传感器，包括：
光接收部，适用于产生与入射光对应的光电荷；
第一驱动部，适用于基于光电荷来将与第一电压对应的第一输出电压传输至第一列线；
第二驱动部，适用于基于光电荷来将与第二电压对应的第二输出电压传输至第二列线；以及
输出部，适用于基于第一输出电压和第二输出电压来输出图像信号。
2.如权利要求1所述的图像传感器，其中，第一驱动部和第二驱动部分别包括一个或更多个MOS晶体管，并且第一驱动部和第二驱动部具有互补的导电类型。
3.如权利要求1所述的图像传感器，其中第一驱动部和第二驱动部基于相同量的光电荷而同时操作。
4.如权利要求1所述的图像传感器，其中第一驱动部包括第一源极跟随器晶体管，所述第一源极跟随器晶体管适用于基于光电荷来产生与第一电压对应的第一输出电压，以及
第二驱动部包括第二源极跟随器晶体管，所述第二源极跟随器晶体管适用于基于光电荷来产生与第二电压对应的第二输出电压。
5.如权利要求4所述的图像传感器，其中第一源极跟随器晶体管和第二源极跟随器晶体管包括具有互补导电类型的MOS晶体管。
6.如权利要求4所述的图像传感器，其中，第一电压高于第二电压，以及第一源极跟随器晶体管包括nMOS晶体管，第二源极跟随器晶体管包括pMOS晶体管。
7.如权利要求1所述的图像传感器，其中，第一驱动部包括第一选择晶体管，所述第一选择晶体管适用于基于被施加至第一行线的第一选择信号来将第一输出电压传输至第一列线，以及第二驱动部包括第二选择晶体管，所述第二选择晶体管适用于基于被施加至第二行线的第二选择信号来将第二输出电压传输至第二列线。
8.一种图像传感器，包括：
第一节点，被设置为第一电压；
第二节点，被设置为第二电压；
光接收部，耦接在第一节点与第二节点之间；
第一源极跟随器晶体管，耦接至第一节点；
第一选择晶体管，耦接在第一源极跟随器晶体管与第一列线之间并且被第一行线控制；
第二源极跟随器晶体管，耦接至第二节点；
第二选择晶体管，耦接在第二源极跟随器晶体管与第二列线之间并且被第二行线控制；以及
输出部，耦接至第一列线和第二列线。
9.一种图像传感器，包括：
像素阵列，在所述像素阵列中多个单位像素以矩阵结构布置；
多个行线，每个行线包括第一导电行线和第二导电行线，所述第一导电行线和第二导电行线被在行驱动单元中产生的差分选择信号驱动；
多个列线，每个列线包括第一导电列线和第二导电列线，所述第一导电列线和第二导电列线与在所选择的单位像素中产生的第一输出电压和第二输出电压对应；
输出控制单元，适用于基于第一输出电压和第二输出电压来产生图像信号，其中输出控制单元包括与相应的列线对应的多个输出部；以及
采样单元，耦接至输出控制单元来采样图像信号。
10.一种图像传感器，包括：
第一衬底，包括多个光接收部，每个光接收部适用于基于入射光来产生光电荷；
第一电路层，形成在第一衬底上；
第二电路层，形成在第二衬底上；以及
连接器，适用于将第一电路层与第二电路层电耦接，
其中，与相应的光接收部对应的多个单位像素中的每个包括：
第一驱动部，适用于基于在光接收部中产生的光电荷来将与第一电压对应的第一输出电压传输至第一列线；
第二驱动部，适用于基于在光接收部中产生的光电荷来将与第二电压对应的第二输出电压传输至第二列线；以及
输出部，适用于基于第一输出电压和第二输出电压来输出图像信号。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108989715A (zh) * 2017-06-01 2018-12-11 飞瑞菲尼克斯公司 图像传感器

Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102502955B1 (ko) * 2016-04-12 2023-02-27 에스케이하이닉스 주식회사 단위 픽셀 및 그 동작 방법과 그를 이용한 씨모스 이미지 센서
KR102701855B1 (ko) * 2016-12-28 2024-09-02 삼성전자주식회사 이미지 센서
US10362255B2 (en) * 2017-02-09 2019-07-23 Semiconductor Components Industries, Llc Multi-conversion gain pixel configurations
EP3428588B1 (en) * 2017-07-10 2019-11-06 ams AG Optical sensor arrangement and method for light sensing
KR102489832B1 (ko) 2018-01-12 2023-01-18 삼성전자주식회사 이미지 센서의 픽셀 어레이 및 이를 포함하는 이미지 센서
JP2022181579A (ja) * 2021-05-26 2022-12-08 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 固体撮像素子および電子機器
US11750944B2 (en) 2021-05-28 2023-09-05 Varex Imaging Corporation Pixel noise cancellation system
US11812187B2 (en) 2021-05-28 2023-11-07 Varex Imaging Corporation Combined imaging array and strip
KR20240067244A (ko) * 2021-09-17 2024-05-16 바렉스 이미징 코포레이션 노이즈 감소 기능이 있는 이미징 시스템

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7005626B2 (en) * 2002-08-16 2006-02-28 The Hong Kong University Of Science And Technology Ultra low voltage CMOS image sensor architecture
MX2013013129A (es) * 2011-05-12 2014-10-17 Olive Medical Corp Sensor de imagen mejorado para uso endoscopico.
US8969775B2 (en) * 2013-02-28 2015-03-03 Omnivision Technologies, Inc. High dynamic range pixel having a plurality of amplifier transistors

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108989715A (zh) * 2017-06-01 2018-12-11 飞瑞菲尼克斯公司 图像传感器

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