CN106663689A - 图像传感器的单位像素及其受光元件 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种灵敏度可调的受光元件及使用该受光元件的图像传感器的单位像素。所述受光元件包括：吸收光的受光部；通过氧化膜与所述受光部分离的源极和漏极；形成于所述源极与漏极之间并在所述源极与漏极之间产生电流流动的通道；及向所述受光部施加电压的灵敏度调整终端，所述受光部被掺杂第1类杂质，所述源极和漏极被掺杂第2类杂质，通过由入射到所述受光部的光而激发的电子隧穿到所述源极或漏极而产生的所述受光部的电荷量变化来控制所述通道中的电流流动，并且控制通过所述灵敏度调整终端所施加的电压，以调整所述通道的阈值电压。
Description
技术领域
本发明涉及一种图像传感器的单位像素及单位像素的受光元件，尤其涉及一种能够调整施加到用作受光部的栅极的电压来调整受光部的光检测灵敏度的图像传感器的单位像素及单位像素的受光元件。
背景技术
图像传感器为将光学信号转换成电子图像信号的传感器。具有如下效果：向存在于图像传感器的单位像素内的受光部照射光时，检测入射到各单位像素的光及其量而将光信号转换为电信号之后，向用于形成影像的模拟及数字电路部传递电信号。
向图像传感器的单位像素的受光部入射光时，在入射的一个光子中产生一个电子-空穴对(EHP，electron-hole pair)，所产生的电子及空穴累积在作为受光部的光电二极管中。
光电二极管的最大累积电容与光电二极管的受光面积成比例。尤其，在CMOS图像传感器的情况下，配置有附属的晶体管的区域与CCD图像传感器相比相对较宽，因此增加受光面积具有物理限制。并且，主要使用于图像传感器的受光部的光电二极管其静电容量相对较少，在少量的光量中易饱和，因此难以将信号进行模拟性细分化。
因此，CMOS图像传感器的单位像素需要相对较长的光电荷累积时间，以便产生用于通过有限的受光区域进行信号处理的最小限的电荷。因此，难以使用具有这种受光部的单位像素来制作高密度/高速帧的图像传感器。
为了克服这种以往的图像传感器的限制，在2011年9月2日，通过本案申请人申请的美国专利公告号US 8569806 B2的“UNIT PIXEL OF IMAGE SENSOR AND PHOTO DETECTORTHEREOF”中，公开有利用从浮动的栅极到源极或漏极电极的电荷的隧穿来调整通道的阈值电压的图像传感器的单位像素。本申请说明书通过参考上述US 8569806 B2的说明书中公开的技术将其引入。
然而，上述US 8569806 B2的受光元件通过在初期制作工序中掺杂在浮动栅极与元件分离用阱的离子的浓度和极性来确定用于光电转换的阈值电压，因此图像传感器的灵敏度值也通过制作工序中所掺杂的离子的浓度和极性来确定。
结果，上述US 8569806 B2的单位像素的光电流的大小、暗电流的大小及灵敏度值主要通过在制作工序中预先规定的浮动栅极的掺杂浓度而确定，因此存在要求多次反复制作过程直到满足符合所所需的规格的最佳阈值电压条件的问题。
发明内容
发明要解决的问题
本发明是为了解决上述以往的问题而提出的，其目的在于提供一种对由受光部操作的栅极施加电压，以通过调整通道的阈值电压来控制受光元件的光灵敏度特性的图像传感器的单位像素。
并且，本发明的目的在于提供一种能够执行与自动曝光(Auto Exposure)及电子快门(Electric Shutter)相同的功能的图像传感器的单位像素。
解决问题的技术方案
为了实现上述目的，基于本发明的一个方面的灵敏度调整受光元件包括：吸收光的受光部；通过氧化膜与所述受光部分离的源极和漏极；形成于所述源极与漏极之间并在所述源极与漏极之间产生电流流动的通道；及向所述受光部施加电压的灵敏度调整终端，
所述受光部被掺杂第1类杂质，所述源极和漏极被掺杂第2类杂质，通过由入射到所述受光部的光激发的电子隧穿到所述源极或漏极而引起的所述受光部的电荷量变化来控制所述通道中的电流流动，控制通过所述灵敏度调整终端所施加的电压，并调整所述通道的阈值电压。
其中，所述受光元件的特征在于，通过调整由所述灵敏度调整终端所施加的电压，以调整所述通道的費米能级与本征能级的间距来调整所述阈值电压。
其中，所述源极和漏极形成于被掺杂有第1类杂质的阱上，所述阱可以为浮动状态。
其中，所述灵敏度调整终端能够调整施加到所述受光部的电压的大小来调整所述受光部的灵敏度。
其中，所述隧穿能够在所述源极和漏极中的任意一个与所述受光部之间的氧化膜区域内产生。
其中，所述灵敏度调整终端能够将设定电压以上的电压施加到所述受光部来使所述受光部复位。
并且，基于本发明的另一实施例的图像传感器的单位像素包括：利用由入射光而引起的电荷量的变化来产生电流流动的受光元件；及将在所述受光元件中产生的电流输出到单位像素输出端的选择元件，
所述受光元件包括：吸收光的受光部；通过氧化膜与所述受光部分离的源极和漏极；形成于所述源极及漏极之间并在所述源极与漏极之间产生电流流动的通道；及向所述受光部施加电压的灵敏度调整终端，所述受光元件根据由入射到所述受光部的光激发的电子隧穿到所述源极或漏极而引起的所述受光部的电荷量的变化来控制所述通道的电流流动，并调整通过所述灵敏度调整终端所施加的电压来调整所述通道的阈值电压。
其中，所述选择元件包括：分别连接于所述受光元件和单位像素输出端的漏极和源极；及从外部施加选择信号的栅极，根据所述施加的选择信号执行切换操作。
其中，所述受光元件调整通过所述灵敏度调整终端所施加的电压，以通过调整所述通道的費米能级与本征能级的间距来调整阈值电压。
其中，所述受光元件的源极和所述选择元件的漏极能够形成于同一有源区域上。
其中，所述受光元件根据入射光量调整施加到所述灵敏度调整终端的电压，能够抑制因光电流量的急剧增加引起的影像饱和。
并且，基于本发明的另一实施例的图像传感器的单位像素包括：利用由入射光引起的的电荷量的变化来产生电流流动的受光元件；将在所述受光元件中产生的电流输出到单位像素输出端的选择元件；及去除在所述受光元件中残留的电荷的复位元件，
所述受光元件包括：吸收光的受光部；通过氧化膜与所述受光部分离的源极和漏极；形成于所述源极及漏极之间并在所述源极与漏极之间产生电流流动的通道及向所述受光部施加电压的灵敏度调整终端，所述受光元件根据由入射到所述受光部的光激发的电子隧穿到所述源极或漏极而引起的所述受光部的电荷量的变化来控制所述通道中的电流流动，所述受光元件调整通过所述灵敏度调整终端施加的电压来调整所述通道的阈值电压。
其中，所述复位元件能够去除形成有所述受光元件的扩散阱内的残留电荷。
其中，所述扩散阱能够在所述受光元件的操作期间维持浮动状态。
其中，所述受光元件通过所述灵敏度调整终端施加设定电压以上的电压，以通过提高所述通道的阈值电压来使所述单位像素复位。
其中，所述受光元件调整通过所述灵敏度调整终端所施加的电压，以通过调整所述通道的費米能级与本征能级的间距来调整阈值电压。
通过参考结合附图而详细后述的实施例，可以更容易地理解用于实现上述目的的具体细节。
发明的效果
根据本发明的实施例，通过施加外部电场来调整图像传感器的受光元件的阈值电压，而不是通过基于离子注入的掺杂浓度来调整图像传感器的受光元件的阈值电压，由此能够得到最佳光响应特性。
并且，调整施加电压，以调整电路中的受光元件的灵敏度特性，并且能够减少相对于受光元件的光灵敏度等元件特性值的工序依存性。
并且，能够实现具有与光电二极管相比高得多的相同光量的高灵敏度特性的受光元件，由此能够制造在低照度环境中也可进行高速动画拍摄的图像传感器。
并且，可以调整施加电压以根据入射光量调整光电流的大小，由此能够对各单位像素进行在现有的模拟电路上分别执行的自动曝光调整功能。
并且，能够通过将复位电压施加到用于调整灵敏度值的栅极来使各像素复位，即使不使用单独的晶体管，也能够实现电子快门功能。
附图说明
图1是基于本发明的一实施例的受光元件的斜视图。
图2是用于说明图1的受光元件的工作原理的剖视图。
图3是用于说明基于本发明的一实施例的灵敏度调整受光元件的结构的图。
图4是用于说明图3的灵敏度调整受光元件的灵敏度调整原理的图。
图5是用于说明图3的灵敏度调整受光元件的动作过程的图。
图6是使用图3的灵敏度调整受光元件的单位像素的电路图的一例。
图7是使用图6的灵敏度调整受光元件的单位像素的剖视图。
图8是使用图3的灵敏度调整受光元件的单位像素的电路图的另一例。
图9是使用图8的灵敏度调整受光元件的单位像素的剖视图。
具体实施方式
本发明能够施以各种变更，也可以具有各种实施例，并将特定的实施例例示于附图，通过详细的说明对其进行详细说明。但是，这并不是将本发明限定于特定的实施方式，应当理解为包括本发明的思想及技术范围中所包含的所有变更、均等物以及代替物。
在本发明的说明中，若判断为对相关的公知技术的具体说明不必要地模糊本发明的宗旨的情况下，省略其详细的说明。并且，在本说明书的说明过程中使用的数字(例如，第1、第2等)仅仅是用于将一个构成要件与另一个构成要件区分开的识别记号。
另外，本说明书中，记载为一个构成要件与另一个构成要件“连结”或者“连接”等时，有可能是上述一个构成要件与上述另一个构成要件直接连结或者直接连接，但是不存在特别相反的记载时，应理解为在中间通过另一个构成要件来连结或者连接。
对以下的说明中使用的构成要件的后缀“模块”及“部”仅仅考虑到说明书作成的容易性而添加或混用的，因此不具有以其本身相互区别的含义或效果。
以下，参考附图对本发明的可具有灵敏度调整、自动曝光及电子快门功能的图像传感器的单位像素及所述单位像素的受光元件进行说明。
图1-受光元件的结构
图1表示构成基于本发明的一实施例的图像传感器的单位像素的受光元件。
参考图1，所述单位像素的受光元件使用隧道结(tunnel junction)元件而不是使用以往的光电二极管来实现。所述隧道结元件作为在两个导体或半导体之间接合有较薄的绝缘层的结构，并且是指利用从所述绝缘层产生的隧穿效果来进行工作的元件。
所述受光元件100能够以例如n-MOSFET结构实现。此时，所述受光元件100形成于P型基板110上，并包括通常的NMOS电子元件中的相当于源极的N+扩散层120和相当于漏极的N+扩散层130。以下，将N+扩散层120、130分别称为所述受光元件上的“源极”和“漏极”。
在所述源极120和漏极130的上部形成有与外部节点连接的金属触点121、131。所述金属触点121、131分别通过金属线122、132与外部连结。
源极120与漏极130之间形成较薄的氧化膜140，氧化膜140的上部形成有被掺杂相当于通常的NMOS结构中的栅极的P型杂质的多晶硅150。所述多晶硅150作为吸收来自所述受光元件100的光的受光部而发挥作用。以下，将所述多晶硅150称为“受光部”。
所述受光部150通过氧化膜140与所述源极120和漏极130分离。所述受光部150与所述源极120或所述受光部150与漏极130之间产生隧穿。此时，为了便于产生所述隧穿，优选氧化膜140的厚度形成为10nm以下。
与通常的MOSFET元件的栅极不同，所述受光元件100在除了所述受光部150的上部151之外的剩余区域的上部形成有遮光层170。
图2-受光元件的工作原理
图2是用于说明基于本发明的一实施例的受光元件的工作原理的剖视图。
参考图2，本发明的受光元件100通过受光部150的上部接收光。通过入射光在源极120与受光部150及漏极130与受光部150之间形成恒定电场，通过入射光在源极120与漏极130之间形成通道160。具体而言，通过入射于受光部150的光产生电子-空穴对(electron-hole pair，EHP)，所产生的电子-空穴对的电子隧穿氧化膜140而释放到源极120或漏极130。
随着电子从受光部150损失，受光部150中的空穴的电荷量相对增加。这种电荷量的变化会降低所述通道160的阈值电压而使电流流过通道。
另一方面，所述受光元件100能够以LDD(light doped drain)结构形成。若通过LDD工序实现受光元件100，则能够减少因短通道效果而引起的热载流子(hot carrier)的产生。
以NMOS型受光元件100为例，受光元件100形成于P型基板110上，并包括由以高浓度掺杂的N型扩散层形成的源极120及漏极130。在源极120与漏极130之间，作为以低浓度掺杂的N型扩散层的LDD区域123、133分别邻接于源极120及漏极130而形成。所述受光部150的长度能够形成为等于或长于在源极的LDD区域123与漏极的LDD区域133之间的长度。
当具有比所掺杂的杂质的结合能量及多晶硅的能隙大的能量的光照射到受光部150时，在受光部150通过光激发产生电子-空穴对，并且所产生的电子-空穴对分别以电子和空穴的状态存在一定时间，直到重新结合。
分离的电子在作为受光部150的多晶硅的晶界的外部自由地移动。此时，若对源极120或漏极130施加电压，则电子被拉到源极或漏极的LDD区域123、133的边缘(edge)附近。被拉出的电子累积到与LDD区域123、133相邻的受光部150的边缘附近的同时形成电场。随着聚集的电子数增加，形成相对更强的电场。由此，受光部150的边缘附近的电子的聚集现象进一步加速。照射于受光部150的光越强，产生越多的电子-空穴对，并形成越大的电场。
源极的LDD区域123与受光部150之间的距离最短的边缘附近141及漏极的LDD区域133与受光部150之间的距离最短的边缘附近142容易产生隧穿。在所述边缘附近141、142满足能级条件的时刻产生电子的隧穿。聚集到受光部150的边缘附近141、142的电子通过隧穿而移动到源极120或漏极130。因此，产生空穴的电荷量增加与损失的电子数相应的量的效果，受光部150中的电荷量的变化导致降低通道的阈值电压的效果，结果通过入射于受光部150的光在受光元件100的通道160感应电流。
与以往的光电二极管相比，这种结构的受光元件能够产生相对于相同光量而言几百～几千倍以上的光电流的流动。具体而言，光电二极管仅以累积在静电电容的电荷量来区分亮度。相反，所述受光元件100由光引起的受光部150的电荷量变化发挥电场效果的作用，从而能够控制通道的电流流动。并且，通过漏极无限提供所需的电荷，因此具有放大来自受光元件本身的信号的效果。从而，可以在不设计单独的信号放大元件的情况下实现图像传感器的像素单元，由此实现小型化。
另一方面，所述受光元件100在制造工序的过程中调整受光部150的掺杂浓度来制造，使得在未向源极120及漏极130施加外部电压的状态下，所述通道160成为即将夹断(pinch off)之前的状态。
此时，为了找到最佳阈值电压条件，不仅考虑受光部150的掺杂浓度，而且一同考虑栅极的纵横比(W/L)、所掺杂的离子的种类、氧化膜的厚度、氧化膜的介电常数等其他特性来以反复的方式实验制作受光元件100。具体而言，受光部150的掺杂浓度直接与对应于所述通道160的硅Si表面电位的位移相关，通过表面电位的位移来改变硅表面的費米能级与本征能级的间隔，由此调整阈值电压。
这种情况下，在制造工序中受光部150中掺杂较多的杂质时，所述費米能级与本征能级的间隔可能与适当的间隔相比过度变窄或者两个能级重叠，由此，即使在光没有入射的状态下，过度的暗电流也能够在通道160中流动。
图3-灵敏度调整受光元件的结构
图3是基于本发明的一实施例的灵敏度调整受光元件的结构的图。
参考图3，灵敏度调整受光元件200与所述图1的受光元件100同样地通过受光部250来接收光，并利用隧穿来调整通道的阈值电压，以产生流过通道的光电流。以下，将所述灵敏度调整受光元件200以PMOS结构形成的情况作为例子进行说明。当然，也可将所述灵敏度调整受光元件200设为NMOS结构。省略与所述图1的受光元件相同的说明。
所述灵敏度调整受光元件200形成于P型基板210上，向P型基板210注入N型杂质来形成N阱215。之后，向所形成的N阱215上注入高浓度的P型杂质来形成源极220和漏极230。源极220与漏极230的上部形成有较薄的氧化膜240，在所述氧化膜240的上部，受光部250隔着氧化膜240与所述源极220及漏极230对置地形成。
源极220与漏极230的上部形成与外部节点连结的金属触点221、231。源极220通过与金属触点221连结的金属线222而连结于外部，同样地，漏极230通过与金属触点231连结的金属线232而连结于外部。
所述N阱215以浮动的结构形成。通过N阱215浮动，能够更容易检测通过光的入射而产生的受光部250内的电荷量的变化。
所述受光部250能够由掺杂有N型或P型杂质的多晶硅形成。在所述受光部250的一侧形成灵敏度调整终端252。所述灵敏度调整终端252通过形成于在受光部250未接收光的区域的金属终端251而连结于所述受光部250。所述受光元件200控制通过所述灵敏度调整终端252所施加的外部电压，并调整通道260的阈值电压。
除了所述受光部250的上部以外的受光元件200的剩余区域的上部形成遮光层270。所述遮光层270阻挡来自除了受光部250以外的区域的光的入射。遮光层270中所包含的金属性杂质难以产生基于光的电子-空穴对，反射相当大量的入射的光，以阻挡光在受光部250以外的区域被吸收。这是为了使吸收了光的受光部250的光电荷有效地进行隧穿。并且，是为了获得能够抑制和控制所提供的通道260以外的寄生电荷的产生的光电流。所述遮光层270能够通过金属或硅化物(silicide)工序来形成，并且能够通过掩膜排除在受光部250的上部的遮光层270的形成。
图4、图5-灵敏度调整原理
图4是用于说明图3的灵敏度调整受光元件的灵敏度调整原理的图，图5是用于说明图3的灵敏度调整受光元件的动作过程的图。以下，对所述灵敏度调整受光元件为PMOS结构的情况为例进行说明。
图4中示出由受光部250、氧化膜240、硅通道260构成的所述灵敏度调整受光元件200的能量带的图表。所述灵敏度调整受光元件200使用与受光部250连结的灵敏度调整终端252施加任意的外部电压来调整通道的阈值电压条件。
如图4(a)所示，若通过所述灵敏度调整终端252对受光部250施加设定电压以上的外部电压(Vg)(例如，设定电压为1.9V时施加2.5V的情况)，则能够形成PMOS通道的硅表面的电位状态成为比作为夹断条件的‘EF＝Ei’更大的阈值电压条件‘EF＞Ei’。在所述阈值电压条件中，电流不在通道260中流动，并且受光元件200与光的施加无关地成为不作为受光元件而工作的状态，即复位状态。这类似于在具备作为图1的浮动栅极的受光部150的受光元件100，在受光部150中未掺杂杂质的本征(intrinsic)的状态或N型离子被少量掺杂的情况。
另一方面，如上述通过灵敏度调整终端252将设定电压以上的外部电压施加到图像传感器的所有像素单元的受光部250时，被施加电压的同时，所有的像素单元成为复位状态。以这种方式，在不附加单独的晶体管元件的情况下，也能够实现电子快门功能。
在图4(b)中示出通过所述灵敏度调整终端252对受光部250施加设定电压(例如，图4(b)中为1.9V)的情况的能量带图表。此时，硅表面的电位接近‘EF＝Ei’，通道260成为即将夹断之前的状态。并且，在该状态下，如果光没有入射到受光部250时，光电流不流过通道260，当少量的光入射到受光部250时，光激发的电子隧穿到漏极或者源极，这降低了阈值电压，从而光电流在通道中流动。这与以在具备成为图1的浮动栅极的受光部150的受光元件100的硅表面中的費米能级与本征能级近似的方式适当调整受光部150的P型杂质的掺杂浓度及纵横比(W/L)来设计的情况类似。但是，不同于图1的受光元件100，所述灵敏度调整受光元件200在如下方面大为不同，即为了使通道成为夹断之前的状态，无需在制造工序中精细地调整杂质的掺杂浓度或离子极性、纵横比等，能够通过灵敏度调整终端252施加适当的设定电压来调整通道260的阈值电压。并且，若在施加有所述设定电压的状态下短时间内对受光元件入射大量的光，则有可能过量的光电流在通道中流动，使影像成为饱和状态。为了防止这种问题，可以实现自动曝光功能，以便在大量的光突然入射时，稍微较高地(例如，稍微高于1.9V)设定所述设定电压来施加，由此以提前防止受光元件中的影像饱和。
在图4(c)中示出在通过灵敏度调整终端252将0V的外部电压施加到受光部250的状态的能量带图表。此时，在硅表面，費米能级和本征能级重叠而电位中形成空穴累积区域(hole accumulation regime)，并成为电流始终在通道中流动的状态。该状态下，在通道中流动的大部分电流由暗电流构成。从而，通过灵敏度调整终端252施加到受光部250的外部电压设为0V以上，由此能够减少暗电流成分并增加信号电流成分，从而容易提高受光检测效率。
如此，通过灵敏度调整终端252施加到受光部250的外部电压需要考虑光检测性能和暗电流成分来进行设定。并且，通过灵敏度调整终端252施加的外部电压能够通过适当调整受光部250中掺杂的杂质的浓度或离子的极性、纵横比等来减小其大小，由此能够节省图像传感器整体的耗电量。
参考图5，所述灵敏度调整受光元件200通过调整施加于灵敏度调整终端252的外部电压来调整通道260的阈值电压。若调整通道260的阈值电压，则所述通道260成为即将夹断之前的状态，并且在所述源极220、漏极230及通道260的周围形成耗尽层261。
在即将夹断之前的状态下，对受光部250照射光时，在受光部250与源极220或者受光部250与漏极230之间的边缘附近持续产生隧穿现象。此时，光的强度越强，漏极230侧的隧穿更显著地起作用，光的强度越弱，源极220侧隧穿更显著地起作用，从而维持平衡状态。
图6、图7-像素单元的实施例
接着，参考附图对利用所述灵敏度调整受光元件来实现的图像传感器的像素单元的优选的实施例进行说明。
图6是利用图3的灵敏度调整受光元件的像素单元的电路图的一例。图6所示的像素单元包括一个灵敏度调整受光元件200和一个选择元件300。
此时，所述选择元件能够由各种元件实现。例如，利用以往的MOSFET结构形成选择元件。此时，可以通过单个MOSFET制造工序来同时实现灵敏度调整受光元件200与选择元件300，因此能够降低制造成本，并可以简化制造工序。
灵敏度调整受光元件200的漏极230与电源电压VDD连结，源极220与选择元件300的漏极330连结。所述灵敏度调整受光元件200的受光部250的上部被打开，以便光能够入射，在受光部250的未打开的区域连接有用于施加外部电压的灵敏度调整终端252。
灵敏度调整受光元件200的主体210及选择元件300的主体310能够由浮动的结构形成。此时，在由切换操作的选择元件300的栅极控制中，可以通过施加略高于电源电压(VDD)的电压来维持切换功能。
选择元件300的源极320与像素单元输出端(Pixel out)连结而切换控制灵敏度调整受光元件200的输出。用于控制选择元件300的开/关的控制信号(select)通过栅极350来施加。
所述像素单元以阵列方式配置并构成图像传感器。此时，能够按每个像素单元对灵敏度调整终端施加不同的电压，由此由分别具有不同的灵敏度值的传感器来进行驱动。并且，能够通过调整每个像素单元的灵敏度来以电路调整每个像素单元的特性的不均匀性，由此确保图像传感器的均匀性。
图7是由图6的灵敏度调整受光元件200和选择元件300构成的像素单元的剖视图。
如图7所示，灵敏度调整受光元件200和选择元件300都以相同的基板为主体通过浮动结构实现。此时，灵敏度调整受光元件200的源极210和选择元件300的漏极330可以形成于相同的有源区域上，像素单元的结构简单，并且能够减小像素单元的大小。
图8、图9-像素单元的另一实施例
图8示出利用图3的灵敏度调整受光元件的像素单元的电路图的另一例。图8所示的像素单元包括一个灵敏度调整受光元件400、一个选择元件500及一个复位元件600。
与所述灵敏度调整受光元件400及选择元件500相同地，所述复位元件600能够由MOSFET结构实现。由此，通过单个MOSFET制造工序一次性实现单一的像素单元中所包含的灵敏度调整受光元件400、选择元件500及复位元件600，由此，可降低制造成本，并且能够简化制造工序。
所述灵敏度调整受光元件400的漏极与电源电压VDD连结，源极与选择元件500的漏极连结，所述选择元件500的源极与像素单元输出端(Pixel out)连结。
所述复位元件600的漏极与所述灵敏度调整受光元件400的N阱主体连结，在所述复位元件600的源极施加用于复位的偏置电压。所述N阱作为分离相邻的元件的元件分离阱而发挥功能。
取消选择(Unselect)的状态，即选择元件500为关闭(off)的状态下，像素单元通过所述复位元件600复位。具体而言，若对所述复位元件600的源极施加偏置电压，则对与复位元件600的漏极连结的灵敏度调整受光元件400的N阱施加恒定电压来去除N阱的残留电荷，由此将灵敏度调整受光元件400初始化。
若复位元件600的初始化过程结束，则使选择元件500动作而使灵敏度调整受光元件400动作。在灵敏度调整受光元件400的工作之前将浮动的N阱中残留的电荷全部去除，因此能够抑制基于残留电荷的暗电流的产生。
所述N阱连结有所述复位元件600的漏极，但在复位工作结束之后，即选择元件500处于开(on)状态、灵敏度调整受光元件400为工作的状态下，所述N阱为与浮动的状态相同，因此光电流不会流失。
图9是由图8的灵敏度调整受光元件400、选择元件500及复位元件600构成的像素单元的剖视图。
如图9所示，所述灵敏度调整受光元件400、选择元件500及复位元件600都在相同的基板上直接实现或形成N阱来实现，如上所述，所述N阱在灵敏度调整受光元件400的工作过程中维持浮动的状态。此时，所述像素单元仅由作为MOSFET结构的灵敏度调整受光元件400、选择元件500及复位元件600构成，因此结构简单，并通过单个MOSFET制造工序一次性实现像素单元，从而简化制造工序。
以上的说明仅仅是例示性说明本发明的技术思想，只要是具有通常的知识的本发明的领域的技术人员，在不脱离本发明的本质的特性的范围内可进行各种修改和变更。
从而，本发明中公开的实施例是用于说明本发明的技术思想，并不是要限定本发明的技术思想，因此本发明的技术思想的范围并非由这些实施例限定。
本发明的保护范围应通过以下的权利要求来进行解释，处于与其同等范围内的所有技术思想应解释为包括本发明的权利范围。
Claims (16)
1.一种灵敏度调整受光元件，其特征在于，包括：
吸收光的受光部；
通过氧化膜与所述受光部分离的源极和漏极；
形成于所述源极与漏极之间并在所述源极与漏极之间产生电流流动的通道；及
向所述受光部施加电压的灵敏度调整终端,
所述受光部被掺杂第1类杂质，所述源极和漏极被掺杂第2类杂质，通过由入射到所述受光部的光激发的电子隧穿到所述源极或漏极而产生的所述受光部的电荷量变化来控制所述通道的电流流动，并且控制通过所述灵敏度调整终端所施加的电压，以调整所述通道的阈值电压。
2.根据权利要求1所述的灵敏度调整受光元件，其特征在于，
通过调整由所述灵敏度调整终端所施加的电压来调整所述通道的費米能级与本征能级的间隔，从而调整所述阈值电压。
3.根据权利要求1所述的灵敏度调整受光元件，其特征在于，
所述源极和漏极形成于被掺杂有第1类杂质的阱上，所述阱为浮动状态。
4.根据权利要求1所述的灵敏度调整受光元件，其中，
所述灵敏度调整终端调整施加到所述受光部的电压的大小来调整所述受光部的灵敏度。
5.根据权利要求1所述的灵敏度调整受光元件，其中，
所述隧穿在所述源极和漏极中的任意一个与所述受光部之间的氧化膜区域中产生。
6.根据权利要求1所述的灵敏度调整受光元件，其中，
所述灵敏度调整终端向所述受光部施加设定电压以上的电压以使所述受光部复位。
7.一种图像传感器的单位像素，其中，包括：
受光元件，利用由入射光引起的电荷量的变化而产生电流流动；及
选择元件，将在所述受光元件中产生的电流输出到单位像素输出端，
所述受光元件包括：吸收光的受光部；通过氧化膜与所述受光部分离的源极和漏极；形成于所述源极和漏极之间并在所述源极与漏极之间产生电流流动的通道；及向所述受光部施加电压的灵敏度调整终端，所述受光元件是根据由入射到所述受光部的光激发的电子隧穿到所述源极或漏极而引起的所述受光部的电荷量的变化，控制所述通道中的电流流动，并且所述受光元件调整通过所述灵敏度调整终端所施加的电压来调整所述通道的阈值电压。
8.根据权利要求7所述的图像传感器的单位像素，其中，
所述选择元件包括：分别连接于所述受光元件和单位像素输出端的漏极和源极；及从外部施加选择信号的栅极，根据所述施加的选择信号执行切换操作。
9.根据权利要求7所述的图像传感器的单位像素，其中，
所述受光元件调整通过所述灵敏度调整终端所施加的电压，以通过调整所述通道的費米能级与本征能级的间距来调整阈值电压。
10.根据权利要求7所述的图像传感器的单位像素，其中，
所述受光元件的源极和所述选择元件的漏极形成于同一有源区域上。
11.根据权利要求7所述的图像传感器的单位像素，其中，
所述受光元件根据入射光量调整向所述灵敏度调整终端施加的电压，以抑制基于光电流量的急剧增加而引起的影像饱和。
12.一种图像传感器的单位像素，其中，包括：
受光元件，利用由入射光引起的的电荷量的变化来产生电流流动；
选择元件，将在所述受光元件中产生的电流输出到单位像素输出端；及
复位元件，去除所述受光元件中的残留电荷，
所述受光元件包括：吸收光的受光部；通过氧化膜与所述受光部分离的源极和漏极；形成于所述源极和漏极之间并在所述源极与漏极之间产生电流流动的通道；及向所述受光部施加电压的灵敏度调整终端，所述受光元件根据由入射到所述受光部的光激发的电子隧穿到所述源极或漏极而引起的所述受光部的电荷量的变化来控制所述通道的电流流动，所述受光元件调整通过所述灵敏度调整终端所施加的电压来调整所述通道的阈值电压。
13.根据权利要求12所述的图像传感器的单位像素，其中，
所述复位元件去除形成有所述受光元件的扩散阱内的残留电荷。
14.根据权利要求13所述的图像传感器的单位像素，其中，
所述扩散阱在所述受光元件的操作期间维持浮动状态。
15.根据权利要求12所述的图像传感器的单位像素，其中，
所述受光元件通过所述灵敏度调整终端施加设定电压以上的电压，以通过提高所述通道的阈值电压来使所述单位像素复位。
16.根据权利要求12所述的图像传感器的单位像素，其中，
所述受光元件调整通过所述灵敏度调整终端所施加的电压，以通过调整所述通道的費米能级与本征能级的间距来调整阈值电压。
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