CN110035242A - 包括在图像传感器中的像素阵列和图像传感器 - Google Patents

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Abstract

提供了图像传感器中的像素阵列和图像传感器。像素阵列包括第一像素组。第一像素组包括单位像素，单位像素包括光电转换单元和被光电转换单元共享的第一信号产生单元。第一信号产生单元包括：转移晶体管，分别连接到光电转换单元；第一浮动扩散节点，连接到转移晶体管；多个驱动晶体管，连接到第一浮动扩散节点，并彼此并联连接；以及多个选择晶体管，在第一输出端子与多个驱动晶体管之间并联连接。第一输出端子输出分别与通过光电转换单元收集的光电荷对应的像素信号。多个选择晶体管的数量等于多个驱动晶体管的数量。

Description

包括在图像传感器中的像素阵列和图像传感器
本申请要求于2018年1月12日在韩国知识产权局(KIPO)提交的第10-2018-0004297号韩国专利申请的优先权，该韩国专利申请的公开内容通过引用全部包含于此。
技术领域
发明构思的示例性实施例总体上涉及一种图像传感器，更具体地，涉及一种包括在图像传感器中的像素阵列和包括该像素阵列的图像传感器。
背景技术
图像传感器是被构造为将外部入射的光信号转换为电信号的半导体装置，所述电信号可用于导出与光信号对应的图像信息。图像传感器的单位像素包括光电转换单元和信号产生单元，所述光电转换单元用于将入射的光信号转换为电信号，所述信号产生单元基于电信号来产生图像信号。一个信号产生单元被多个光电转换单元共享的共享像素结构可以减小信号产生单元的面积，增大光电转换单元的面积，因此改善图像传感器的操作速度和/或噪声特性。
发明内容
根据发明构思的示例性实施例，包括在图像传感器中的像素阵列包括第一像素组。第一像素组包括：第一单位像素、第二单位像素、第三单位像素和第四单位像素，分别包括第一光电转换单元、第二光电转换单元、第三光电转换单元和第四光电转换单元以及被第一光电转换单元、第二光电转换单元、第三光电转换单元和第四光电转换单元共享的第一信号产生单元。第一信号产生单元包括：第一转移晶体管、第二转移晶体管、第三转移晶体管和第四转移晶体管，分别连接到第一光电转换单元、第二光电转换单元、第三光电转换单元和第四光电转换单元；第一浮动扩散节点，连接到第一转移晶体管、第二转移晶体管、第三转移晶体管和第四转移晶体管；多个驱动晶体管，连接到第一浮动扩散节点，并彼此并联连接；以及多个选择晶体管，在第一输出端子与多个驱动晶体管之间并联连接。第一输出端子输出分别与第一光电荷、第二光电荷、第三光电荷和第四光电荷对应的第一像素信号、第二像素信号、第三像素信号和第四像素信号，第一光电荷、第二光电荷、第三光电荷和第四光电荷分别由第一光电转换单元、第二光电转换单元、第三光电转换单元和第四光电转换单元收集。多个选择晶体管的数量等于多个驱动晶体管的数量。
根据发明构思的示例性实施例，包括在图像传感器中的像素阵列包括第一像素组。第一像素组包括：第一单位像素和第二单位像素，分别包括第一光电转换单元和第二光电转换单元以及被第一光电转换单元和第二光电转换单元共享的第一信号产生单元。第一信号产生单元包括：第一转移晶体管和第二转移晶体管，分别连接到第一光电转换单元和第二光电转换单元；第一浮动扩散节点，连接到第一转移晶体管和第二转移晶体管；多个驱动晶体管，连接到第一浮动扩散节点，并彼此并联连接；以及多个选择晶体管，在第一输出端子与多个驱动晶体管之间并联连接。第一输出端子输出分别与第一光电荷和第二光电荷对应的第一像素信号和第二像素信号，第一光电荷和第二光电荷分别由第一光电转换单元和第二光电转换单元收集。多个选择晶体管的数量等于多个驱动晶体管的数量。
根据发明构思的示例性实施例，图像传感器包括像素阵列和信号处理单元。像素阵列响应于入射光来产生多个像素信号。信号处理单元响应于多个像素信号来产生图像数据。像素阵列包括第一像素组。第一像素组包括：多个单位像素，包括多个光电转换单元和被多个光电转换单元共享的第一信号产生单元。第一信号产生单元包括：多个转移晶体管，分别连接到多个光电转换单元；第一浮动扩散节点，连接到多个转移晶体管；多个驱动晶体管，连接到第一浮动扩散节点，并彼此并联连接；以及多个选择晶体管，在第一输出端子与多个驱动晶体管之间并联连接。第一输出端子输出多个像素信号中的至少一个。多个选择晶体管的数量等于多个驱动晶体管的数量。
附图说明
通过参照附图对发明构思的示例性实施例进行详细地描述，将更加清楚地理解发明构思的以上和其它特征。
图1A是示出根据发明构思的示例性实施例的图像传感器的像素阵列的平面图。
图1B是示出根据发明构思的示例性实施例的包括在像素阵列中的像素组的电路图。
图2是示出根据发明构思的示例性实施例的图1B的像素组的电路图。
图3是示出根据发明构思的示例性实施例的图2的像素组的布局布置的平面图。
图4和图5是示出根据发明构思的示例性实施例的图1B的像素组的电路图。
图6和图7是示出根据发明构思的示例性实施例的图5的像素组的布局布置的平面图。
图8和图9是示出根据发明构思的示例性实施例的图1B的像素组的电路图。
图10是示出根据发明构思的示例性实施例的图9的像素组的布局布置的平面图。
图11是示出根据发明构思的示例性实施例的图1B的像素组的电路图。
图12是示出根据发明构思的示例性实施例的图像传感器的框图。
图13是示出根据发明构思的示例性实施例的包括图像传感器的计算系统的框图。
具体实施方式
发明构思的示例性实施例提供了一种图像传感器中的像素阵列，所述像素阵列具有具备相对改善的特性的共享像素结构。
发明构思的示例性实施例也提供了一种包括该像素阵列的图像传感器。
在下文中将参照附图更加充分地描述发明构思的示例性实施例。贯穿本申请，同样的附图标记可以表示同样的元件。
图1A是示出根据发明构思的示例性实施例的图像传感器的像素阵列的平面图。
参照图1A，包括在图像传感器中的像素阵列10包括第一像素组PG1和第二像素组PG2。
第一像素组PG1包括以矩阵形式布置的多个单位像素P11、P12、……、P1Y、PX1、PX2、……、PXY。多个单位像素P11至P1Y和PX1至PXY可以包括X*Y个单位像素，其中，X和Y中的每个是自然数。例如，X个单位像素可以在第一方向D1上布置，Y个单位像素可以在与第一方向D1交叉(例如，垂直)的第二方向D2上布置。
第二像素组PG2与第一像素组PG1相邻设置。第二像素组PG2包括以矩阵形式布置的多个单位像素P1(Y+1)、P1(Y+2)、……、P1(2Y)、……、PX(Y+1)、PX(Y+2)、……、PX(2Y)。第二像素组PG2可以具有与第一像素组PG1的结构基本上相同的结构。
如将参照图1B描述的，一个像素组可以被实施为包括或共享一个信号产生单元(例如，一个浮动扩散节点)。
尽管图1A示出了像素阵列10包括沿第二方向D2布置的两个像素组PG1和PG2的示例，但是发明构思不限于此。例如，像素阵列10可以包括沿第一方向D1布置的两个像素组。作为另一示例，像素阵列10可以包括沿第一方向D1和第二方向D2布置的任意数量的像素组。
图1B是示出根据发明构思的示例性实施例的包括在像素阵列中的像素组的电路图。
参照图1B，像素组100包括多个光电转换单元PD1、PD2、……、PDN以及信号产生单元110。
多个光电转换单元PD1至PDN中的每个执行光电转换操作。例如，多个光电转换单元PD1至PDN中的每个可以在积分模式(或光收集模式)期间将入射光转换为光电荷。如果包括像素组100的图像传感器是互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器，则可以通过在积分模式期间经由CMOS图像传感器的打开的快门收集多个光电转换单元PD1至PDN中的每个中的与入射光的强度成比例的电荷载流子(例如，电子-空穴对)来获得关于将被捕获的物体的图像信息。例如，多个光电转换单元PD1至PDN可以包括第一光电转换单元至第N光电转换单元，其中，N是大于或等于二的自然数。
信号产生单元110被多个光电转换单元PD1至PDN共享。一个光电转换单元和信号产生单元110可以形成一个单位像素。例如，第一光电转换单元PD1和信号产生单元110可以形成第一单位像素，第N光电转换单元PDN和信号产生单元110可以形成第N单位像素。换言之，像素组100中的多个单位像素的数量可以等于像素组100中的多个光电转换单元PD1至PDN的数量。
信号产生单元110在读出模式期间基于由光电转换操作收集或产生的光电荷来产生电信号(例如，多个像素信号VOUT)。如果包括像素组100的图像传感器是CMOS图像传感器，则快门可以关闭，并且多个像素信号VOUT可以在积分模式之后的读出模式期间基于图像信息以电荷载流子的形式来产生。
信号产生单元110包括多个转移晶体管TTX1、TTX2、……、TTXN，浮动扩散节点FDN、多个驱动晶体管(或源极跟随晶体管)TSF1、TSF2、……、TSFM以及多个选择晶体管TSEL1、TSEL2、……、TSELM。信号产生单元110还可以包括复位晶体管TRX。如图1B中所示，包括复位晶体管TRX的单位像素的结构可以被称作四晶体管结构。在发明构思的示例性实施例中，省略了复位晶体管TRX的单位像素的结构可以被称作三晶体管结构。
多个转移晶体管TTX1至TTXN中的每个连接在多个光电转换单元PD1至PDN中的相应的一个与浮动扩散节点FDN之间，并包括接收多个转移信号TGS1、TGS2、……、TGSN中的相应的一个的栅电极。例如，第一转移晶体管TTX1可以连接在第一光电转换单元PD1与浮动扩散节点FDN之间，并可以具有接收第一转移信号TGS1的栅电极。多个转移晶体管TTX1至TTXN的数量可以等于多个光电转换单元PD1至PDN的数量。例如，多个转移晶体管TTX1至TTXN可以包括第一转移晶体管至第N转移晶体管。
复位晶体管TRX可以连接在电源电压VDD与浮动扩散节点FDN之间，并可以包括接收复位信号RGS的栅电极。
多个驱动晶体管TSF1至TSFM公共地连接到电源电压VDD，并彼此并联连接。多个驱动晶体管TSF1至TSFM的栅电极公共地连接到浮动扩散节点FDN。多个选择晶体管TSEL1至TSELM公共地连接到输出多个像素信号VOUT的输出端子OT，并彼此并联连接。多个选择晶体管TSEL1至TSELM的栅电极公共地接收选择信号SELS。多个选择晶体管TSEL1至TSELM的数量等于多个驱动晶体管TSF1至TSFM的数量。例如，多个驱动晶体管TSF1至TSFM可以包括第一驱动晶体管至第M驱动晶体管，多个选择晶体管TSEL1至TSELM可以包括第一选择晶体管至第M选择晶体管，其中，M是大于或等于二的自然数。
多个驱动晶体管TSF1至TSFM中的一个以及多个选择晶体管TSEL1至TSELM中的相应的一个可以在电源电压VDD与输出端子OT之间串联连接。例如，第一驱动晶体管TSF1和第一选择晶体管TSEL1可以在电源电压VDD与输出端子OT之间串联连接。包括串联的晶体管TSF1和TSEL1的第一晶体管组、包括串联的晶体管TSF2和TSEL2的第二晶体管组以及包括串联的晶体管TSFM和TSELM的第M晶体管组可以在电源电压VDD与输出端子OT之间并联连接。
在发明构思的示例性实施例中，如将参照图2至图8描述的，信号产生单元110中的多个驱动晶体管TSF1至TSFM的数量以及多个选择晶体管TSEL1至TSELM的数量可以分别比像素组100中的多个光电转换单元PD1至PDN的数量以及单位像素的数量少(例如，M<N)。在发明构思的示例性实施例中，如将参照图9至图11描述的，信号产生单元110中的多个驱动晶体管TSF1至TSFM的数量以及多个选择晶体管TSEL1至TSELM的数量可以等于像素组100中的多个光电转换单元PD1至PDN的数量和单位像素的数量(例如，M＝N)。
多个像素信号VOUT可以包括第一像素信号至第N像素信号。第一像素信号可以与由第一光电转换单元PD1收集或产生的第一光电荷对应，第N像素信号可以与由第N光电转换单元PDN收集或产生的第N光电荷对应。
在下文中，将详细地描述产生第一像素信号的操作。当在积分模式期间外部光入射到第一光电转换单元PD1上时，第一光电荷与入射光的量成比例被收集或产生。在积分模式之后的读出模式期间，选择信号SELS被激活，响应于选择信号SEL来选择连接到第一光电转换单元PD1的信号产生单元110。之后，复位信号RGS被激活，复位晶体管TRX响应于复位信号RGS而导通，作为感测节点的浮动扩散节点FDN的电位被复位为电源电压VDD。当复位信号RGS去激活并完成复位操作时，第一像素信号具有与浮动扩散节点FDN的复位状态对应的复位电平。之后，第一转移信号TGS1被激活，第一转移晶体管TTX1响应于第一转移信号TGS1而导通，积累在第一光电转换单元PD1中的第一光电荷经由第一转移晶体管TTX1被转移到浮动扩散节点FDN。当第一转移信号TGS1去激活并完成电荷转移操作时，第一像素信号具有与入射光对应(例如，与第一光电荷对应)的图像电平。
产生多个像素信号VOUT中的除了第一像素信号之外的剩余的像素信号的操作可以与产生第一像素信号的操作基本上相同，信号产生单元110可以通过多次执行这样的操作来产生并输出多个像素信号VOUT。另外，所有的多个驱动晶体管TSF1至TSFM以及多个选择晶体管TSEL1至TSELM可以导通以输出一个像素信号。
根据发明构思的示例性实施例的包括像素组100的像素阵列可以利用一个信号产生单元110被多个光电转换单元PD1至PDN共享的信号产生单元(SGU)共享结构来实现。另外，信号产生单元110可以利用信号产生单元110包括彼此并联连接的多个驱动晶体管TSF1至TSFM以及彼此并联连接的多个选择晶体管TSEL1至TSELM的多驱动晶体管(TSF)和选择晶体管(TSEL)结构来实现。
通过包括彼此并联连接的多个驱动晶体管TSF1至TSFM，驱动晶体管TSF1至TSFM的总面积(例如，W/L比)可以增大，驱动晶体管TSF1至TSFM的总增益(例如，Gm)可以增大，并且驱动晶体管TSF1至TSFM的总电阻可以减小。因此，可以降低暗随机噪声(或暗时间噪声)、随机电报信号(RTS)噪声、热噪声等，并且可以增大单位像素的操作速度。另外，通过包括彼此并联连接的多个选择晶体管TSEL1至TSELM，选择晶体管TSEL1至TSELM的总面积(例如，W/L比)可以增大，并且选择晶体管TSEL1至TSELM的总电阻可以减小。另外，一个驱动晶体管和一个选择晶体管可以通过一条线或布线彼此连接(例如，具有相对简单的结构)，因此，可以防止由于固定图案噪声(FPN)而导致的劣化。
图2是示出图1B的像素组的电路图。省略了已经参照图1B描述的元件。
参照图2，包括在图像传感器的像素阵列中的第一像素组100a包括第一单位像素、第二单位像素、第三单位像素和第四单位像素。
第一像素组100a中的第一单位像素、第二单位像素、第三单位像素和第四单位像素包括第一光电转换单元PD11、第二光电转换单元PD21、第三光电转换单元PD31和第四光电转换单元PD41以及被第一光电转换单元PD11、第二光电转换单元PD21、第三光电转换单元PD31和第四光电转换单元PD41共享的第一信号产生单元110a。
第一信号产生单元110a包括第一转移晶体管TTX11、第二转移晶体管TTX21、第三转移晶体管TTX31和第四转移晶体管TTX41、第一浮动扩散节点FDN11、第一驱动晶体管TSF11和第二驱动晶体管TSF21以及第一选择晶体管TSEL11和第二选择晶体管TSEL21。第一转移晶体管TTX11、第二转移晶体管TTX21、第三转移晶体管TTX31和第四转移晶体管TTX41分别连接到第一光电转换单元PD11、第二光电转换单元PD21、第三光电转换单元PD31和第四光电转换单元PD41，并分别接收第一转移信号TGS11、第二转移信号TGS21、第三转移信号TGS31和第四转移信号TGS41。第一浮动扩散节点FDN11连接到第一转移晶体管TTX11、第二转移晶体管TTX21、第三转移晶体管TTX31和第四转移晶体管TTX41。第一驱动晶体管TSF11和第二驱动晶体管TSF21连接到第一浮动扩散节点FDN11，并彼此并联连接。第一选择晶体管TSEL11和第二选择晶体管TSEL21在第一输出端子OT11与第一驱动晶体管TSF11和第二驱动晶体管TSF21之间并联连接。第一信号产生单元110a还可以包括连接到第一浮动扩散节点FDN11的第一复位晶体管TRX11。
第一驱动晶体管TSF11和第二驱动晶体管TSF21可以彼此并联连接，第一驱动晶体管TSF11的栅电极和第二驱动晶体管TSF21的栅电极可以公共地连接到第一浮动扩散节点FDN11。第一选择晶体管TSEL11和第二选择晶体管TSEL21可以彼此并联连接，第一选择晶体管TSEL11的栅电极和第二选择晶体管TSEL21的栅电极可以公共地接收选择信号SELS11。第一复位晶体管TRX11的栅电极可以接收复位信号RGS11。从第一输出端子OT11输出的多个像素信号VOUT11可以包括与第一光电荷、第二光电荷、第三光电荷和第四光电荷对应的第一像素信号、第二像素信号、第三像素信号和第四像素信号，第一光电荷、第二光电荷、第三光电荷和第四光电荷分别由第一光电转换单元PD11、第二光电转换单元PD21、第三光电转换单元PD31和第四光电转换单元PD41收集。
图2的第一像素组100a可以是图1B的像素组100的示例，其中，N为4且M为2。
图3是示出根据发明构思的示例性实施例的图2的像素组的布局布置的平面图。图3示出了的基底的俯视平面图，其中，包括在信号产生单元中的晶体管在基底的第一表面(例如，顶表面)的视图中。
参照图3，图像传感器中的像素阵列包括第一像素组101a和与第一像素组101a相邻的第二像素组103a。
第一像素组101a包括第一单位像素、第二单位像素、第三单位像素和第四单位像素。第一像素组101a中的第一单位像素、第二单位像素、第三单位像素和第四单位像素可以分别与图2的第一像素组100a中的第一单位像素、第二单位像素、第三单位像素和第四单位像素基本上相同。第一像素组101a中的第一单位像素、第二单位像素、第三单位像素和第四单位像素可以在平面图中以2×2矩阵形式布置。
例如，第一像素组101a中的第一单位像素、第二单位像素、第三单位像素和第四单位像素可以分别形成在第一像素区域PR11、第二像素区域PR21、第三像素区域PR31和第四像素区域PR41中，第一像素区域PR11、第二像素区域PR21、第三像素区域PR31和第四像素区域PR41在平面图中以2×2矩阵形式布置。与图2中的第一转移晶体管TTX11、第二转移晶体管TTX21、第三转移晶体管TTX31和第四转移晶体管TTX41对应的第一转移栅极TG11、第二转移栅极TG21、第三转移栅极TG31和第四转移栅极TG41可以分别形成在第一像素区域PR11、第二像素区域PR21、第三像素区域PR31和第四像素区域PR41上。与图2中的第一浮动扩散节点FDN11对应的第一浮动扩散区域FD11可以形成在第一像素区域PR11、第二像素区域PR21、第三像素区域PR31和第四像素区域PR41中，使得第一浮动扩散区域FD11与所有的第一像素区域PR11、第二像素区域PR21、第三像素区域PR31和第四像素区域PR41部分叠置。
与图2中的第一驱动晶体管TSF11和第二驱动晶体管TSF21对应的第一驱动栅极SFG11和第二驱动栅极SFG21中的每个可以形成在第一像素区域PR11、第二像素区域PR21、第三像素区域PR31和第四像素区域PR41中的相应的两个上，使得第一驱动栅极SFG11和第二驱动栅极SFG21中的每个与第一像素区域PR11、第二像素区域PR21、第三像素区域PR31和第四像素区域PR41中的相应的两个部分叠置。与图2中的第一选择晶体管TSEL11和第二选择晶体管TSEL21对应的第一选择栅极SLG11和第二选择栅极SLG21中的每个可以形成在第一像素区域PR11和第三像素区域PR31中的相应的一个上，并可以与第一驱动栅极SFG11和第二驱动栅极SFG21中的相应的一个相邻设置。与图2中的第一复位晶体管TRX11对应的第一复位栅极RG11可以形成在第二像素区域PR21上。如图3中所示，首先可以确定转移栅极TG11、TG21、TG31和TG41的布置，其它的栅极SFG11、SFG21、SLG11、SLG21和RG11的布置可以被确定为有效地利用像素区域PR11、PR21、PR31和PR41的剩余的面积。
与图2中的第一光电转换单元PD11、第二光电转换单元PD21、第三光电转换单元PD31和第四光电转换单元PD41对应的第一光电转换区域、第二光电转换区域、第三光电转换区域和第四光电转换区域可以分别形成在第一像素区域PR11、第二像素区域PR21、第三像素区域PR31和第四像素区域PR41中，并可以形成为与基底的第二表面(例如，底表面)相邻，基底的第二表面与基底的第一表面相对。在该示例中，图像传感器可以是响应于穿过基底的第二表面的入射光而执行的光电转换操作的背侧照射型的图像传感器(BIS)。另外，尽管看起来好像第一浮动扩散区域FD11被图3中的第一驱动栅极SFG11切割，但是第一浮动扩散区域FD11可以是形成在第一驱动栅极SFG11下方的一个一体的区域。
在发明构思的示例性实施例中，与图2中的第一驱动晶体管TSF11和第二驱动晶体管TSF21对应的第一驱动栅极SFG11和第二驱动栅极SFG21以及与图2中的第一选择晶体管TSEL11和第二选择晶体管TSEL21对应的第一选择栅极SLG11和第二选择栅极SLG21可以被设置为如图3中所示，使得连接到第一输出端子OT11的输出线VL11在平面图中形成为直线。
第二像素组103a可以包括第五单位像素、第六单位像素、第七单位像素和第八单位像素，并可以具有与第一像素组101a的结构基本上相同的结构。
例如，第二像素组103a中的第五单位像素、第六单位像素、第七单位像素和第八单位像素可以包括第五光电转换单元、第六光电转换单元、第七光电转换单元和第八光电转换单元以及被第五光电转换单元、第六光电转换单元、第七光电转换单元和第八光电转换单元共享的第二信号产生单元。第五单位像素、第六单位像素、第七单位像素和第八单位像素可以在平面图中以2×2矩阵形式布置。第二信号产生单元可以包括第五转移晶体管、第六转移晶体管、第七转移晶体管和第八转移晶体管、第二浮动扩散节点、第三驱动晶体管和第四驱动晶体管以及第三选择晶体管和第四选择晶体管。第五转移晶体管、第六转移晶体管、第七转移晶体管和第八转移晶体管可以分别连接到第五光电转换单元、第六光电转换单元、第七光电转换单元和第八光电转换单元。第二浮动扩散节点可以连接到第五转移晶体管、第六转移晶体管、第七转移晶体管和第八转移晶体管。第三驱动晶体管和第四驱动晶体管可以连接到第二浮动扩散节点，并可以彼此并联连接。第三选择晶体管和第四选择晶体管可以在第二输出端子OT21与第三驱动晶体管和第四驱动晶体管之间并联连接。第二输出端子OT21可以与第一输出端子OT11不同。第二信号产生单元还可以包括连接到第二浮动扩散节点的第二复位晶体管。
第二像素组103a中的第五单位像素、第六单位像素、第七单位像素和第八单位像素可以分别形成在第五像素区域PR51、第六像素区域PR61、第七像素区域PR71和第八像素区域PR81中，第五像素区域PR51、第六像素区域PR61、第七像素区域PR71和第八像素区域PR81在平面图中以2×2矩阵形式布置。与第五转移晶体管、第六转移晶体管、第七转移晶体管和第八转移晶体管对应的第五转移栅极TG51、第六转移栅极TG61、第七转移栅极TG71和第八转移栅极TG81、与第二浮动扩散节点对应的第二浮动扩散区域FD21、与第三驱动晶体管和第四驱动晶体管对应的第三驱动栅极SFG31和第四驱动栅极SFG41、与第三选择晶体管和第四选择晶体管对应的第三选择晶体管SLG31和第四选择晶体管SLG41以及与第二复位晶体管对应的第二复位栅极RG21的布置可以分别与第一转移栅极TG11、第二转移栅极TG21、第三转移栅极TG31和第四转移栅极TG41、第一浮动扩散区域FD11、第一驱动栅极SFG11和第二驱动栅极SFG21、第一选择栅极SLG11和第二选择栅极SLG21以及第一复位栅极RG11的布置基本上相同。与第五光电转换单元、第六光电转换单元、第七光电转换单元和第八光电转换单元对应的第五光电转换区域、第六光电转换区域、第七光电转换区域和第八光电转换区域可以分别形成在第五像素区域PR51、第六像素区域PR61、第七像素区域PR71和第八像素区域PR81中。
在发明构思的示例性实施例中，与第一驱动晶体管、第二驱动晶体管、第三驱动晶体管和第四驱动晶体管对应的第一驱动栅极SFG11、第二驱动栅极SFG21、第三驱动栅极SFG31和第四驱动栅极SFG41以及与第一选择晶体管、第二选择晶体管、第三选择晶体管和第四选择晶体管对应的第一选择栅极SLG11、第二选择栅极SLG21、第三选择栅极SLG31和第四选择栅极SLG41可以被设置为如图3中所示，使得连接到第一输出端子OT11和第二输出端子OT21的输出线VL11在平面图中形成为直线。像素信号VOUT11可以经由第一输出端子OT11和输出线VL11从第一单位像素、第二单位像素、第三单位像素和第四单位像素输出，像素信号VOUT21可以经由第二输出端子OT21和输出线VL11从第五单位像素、第六单位像素、第七单位像素和第八单位像素输出。
如图3中所示，连接到第一像素组101a和第二像素组103a的输出端子OT11和OT21的输出线VL11可以形成有单条直线(例如，单条竖直线)。因此，即使选择晶体管的数量增加，输出线VL11的构造也不会变得更复杂，并且可以减少或防止RC延迟。
在发明构思的示例性实施例中，栅极TG11、TG21、TG31、TG41、SFG11、SFG21、SLG11、SLG21和RG11的布置和形状可以被改变。在发明构思的示例性实施例中，与图3的示例不同，除了转移栅极TG11、TG21、TG31和TG41之外的栅极SFG11、SFG21、SLG11、SLG21和RG11可以不设置在像素区域PR11、PR21、PR31和PR41上，但是可以设置在围绕像素区域PR11、PR21、PR31和PR41的外围区域上。
图4和图5是示出根据发明构思的示例性实施例的图1B的像素组的电路图。省略重复描述。
参照图4，包括在图像传感器的像素阵列中的第一像素组100b包括第一单位像素、第二单位像素、第三单位像素和第四单位像素。第一单位像素、第二单位像素、第三单位像素和第四单位像素包括第一光电转换单元PD11、第二光电转换单元PD21、第三光电转换单元PD31和第四光电转换单元PD41以及被第一光电转换单元PD11、第二光电转换单元PD21、第三光电转换单元PD31和第四光电转换单元PD41共享的第一信号产生单元110b。
除了图4中的第一驱动晶体管TSF11和第二驱动晶体管TSF21以及图4中的第一选择晶体管TSEL11和第二选择晶体管TSEL21公共地连接到节点VN11之外，图4的第一像素组100b可以与图2的第一像素组100a基本上相同。因此，将省略重复描述。
在图2中，包括晶体管TSF11和TSEL11的第一晶体管组以及包括晶体管TSF21和TSEL21的第二晶体管组可以在电源电压VDD与第一输出端子OT11之间并联连接。然而，在图4中，第一驱动晶体管TSF11和第二驱动晶体管TSF21可以在电源电压VDD与节点VN11之间并联连接，第一选择晶体管TSEL11和第二选择晶体管TSEL21可以在节点VN11与第一输出端子OT11之间并联连接。
参照图5，包括在图像传感器的像素阵列中的第一像素组100c包括第一单位像素、第二单位像素、第三单位像素和第四单位像素。第一单位像素、第二单位像素、第三单位像素和第四单位像素包括第一光电转换单元PD12、第二光电转换单元PD22、第三光电转换单元PD32和第四光电转换单元PD42以及被第一光电转换单元PD12、第二光电转换单元PD22、第三光电转换单元PD32和第四光电转换单元PD42共享的第一信号产生单元110c。
第一信号产生单元110c包括分别接收第一转移信号TGS12、第二转移信号TGS22、第三转移信号TGS32和第四转移信号TGS42的第一转移晶体管TTX12、第二转移晶体管TTX22、第三转移晶体管TTX32和第四转移晶体管TTX42、第一浮动扩散节点FDN12、彼此并联连接的第一驱动晶体管TSF12、第二驱动晶体管TSF22和第三驱动晶体管TSF32以及在第一输出端子OT12与第一驱动晶体管TSF12、第二驱动晶体管TSF22和第三驱动晶体管TSF32之间并联连接的第一选择晶体管TSEL12、第二选择晶体管TSEL22和第三选择晶体管TSEL32。第一输出端子OT12输出多个像素信号VOUT12。第一信号产生单元110c还可以包括接收复位信号RGS12的第一复位晶体管TRX12。
图5的第一像素组100c可以是图1B的像素组100的示例，其中，N为4且M为3。
图6和图7是示出根据发明构思的示例性实施例的图5的像素组的布局布置的平面图。图6和图7示出了基底的俯视平面图，其中，包括在信号产生单元中的晶体管位于基底的第一表面(例如，顶表面)的视图中。省略重复描述。
参照图6，图像传感器中的像素阵列包括第一像素组101c。
第一像素组101c包括第一单位像素、第二单位像素、第三单位像素和第四单位像素。第一像素组101c中的第一单位像素、第二单位像素、第三单位像素和第四单位像素可以分别与图5的第一像素组100c中的第一单位像素、第二单位像素、第三单位像素和第四单位像素基本上相同。第一像素组101c中的第一单位像素、第二单位像素、第三单位像素和第四单位像素可以在平面图中以4×1(或1×4)矩阵形式布置。
例如，第一像素组101c中的第一单位像素、第二单位像素、第三单位像素和第四单位像素可以分别形成在第一像素区域PR12、第二像素区域PR22、第三像素区域PR32和第四像素区域PR42中，第一像素区域PR12、第二像素区域PR22、第三像素区域PR32和第四像素区域PR42在平面图中以4×1矩阵形式布置。与图5中的第一转移晶体管TTX12、第二转移晶体管TTX22、第三转移晶体管TTX32和第四转移晶体管TTX42对应的第一转移栅极TG12、第二转移栅极TG22、第三转移栅极TG32和第四转移栅极TG42可以分别形成在第一像素区域PR12、第二像素区域PR22、第三像素区域PR32和第四像素区域PR42上。与图5中的第一浮动扩散节点FDN12对应的第一浮动扩散区域FD12可以形成在第一像素区域PR12、第二像素区域PR22、第三像素区域PR32和第四像素区域PR42中，使得第一浮动扩散区域FD12与所有的第一像素区域PR12、第二像素区域PR22、第三像素区域PR32和第四像素区域PR42部分叠置。
与图5中的第一复位晶体管TRX12对应的第一复位栅极RG12可以形成在第一像素区域PR12上。与图5中的第一驱动晶体管TSF12、第二驱动晶体管TSF22和第三驱动晶体管TSF32对应的第一驱动栅极SFG12、第二驱动栅极SFG22和第三驱动栅极SFG32中的每个可以形成在第二像素区域PR22、第三像素区域PR32和第四像素区域PR42中的相应的一个上。与图5中的第一选择晶体管TSEL12、第二选择晶体管TSEL22和第三选择晶体管TSEL32对应的第一选择栅极SLG12、第二选择栅极SLG22和第三选择栅极SLG32中的每个可以形成在第二像素区域PR22、第三像素区域PR32和第四像素区域PR42中的相应的一个上，并可以与第一驱动栅极SFG12、第二驱动栅极SFG22和第三驱动栅极SFG32中的相应的一个相邻设置。如图6中所示，首先可以确定转移栅极TG12、TG22、TG32和TG42的布置，其它的栅极SFG12、SFG22、SFG32、SLG12、SLG22、SLG32和RG11的布置可以被确定为有效地利用像素区域PR12、PR22、PR32和PR42的剩余的面积。例如，驱动栅极SFG12、SFG22和SFG32以及复位栅极RG12中的每个可以形成在像素区域PR12、PR22、PR32和PR42中的相应的一个上。
与图5中的第一光电转换单元PD12、第二光电转换单元PD22、第三光电转换单元PD32和第四光电转换单元PD42对应的第一光电转换区域、第二光电转换区域、第三光电转换区域和第四光电转换区域可以分别形成在第一像素区域PR12、第二像素区域PR22、第三像素区域PR32和第四像素区域PR42中。
在发明构思的示例性实施例中，与图5中的第一驱动晶体管TSF12、第二驱动晶体管TSF22和第三驱动晶体管TSF32对应的第一驱动栅极SFG12、第二驱动栅极SFG22和第三驱动栅极SFG32以及与图5中的第一选择晶体管TSEL12、第二选择晶体管TSEL22和第三选择晶体管TSEL32对应的第一选择栅极SLG12、第二选择栅极SLG22和第三选择栅极SLG32可以被设置为如图6中所示，使得连接到第一输出端子OT12的输出线VL12在平面图中形成为直线。像素信号VOUT12可以经由第一输出端子OT12和输出线VL12从第一单位像素、第二单位像素、第三单位像素和第四单位像素输出。
参照图7，图像传感器中的像素阵列包括第一像素组103c和与第一像素组103c相邻的第二像素组105c。
第一像素组103c包括第一单位像素、第二单位像素、第三单位像素和第四单位像素。第一像素组103c中的第一单位像素、第二单位像素、第三单位像素和第四单位像素可以分别与图5的第一像素组100c中的第一单位像素、第二单位像素、第三单位像素和第四单位像素基本上相同。第一像素组103c中的第一单位像素、第二单位像素、第三单位像素和第四单位像素可以在平面图中以2×2矩阵形式布置。
第二像素组105c可以包括第五单位像素、第六单位像素、第七单位像素和第八单位像素，并可以具有与第一像素组103c的结构基本上相同的结构。例如，第二像素组105c中的第五单位像素、第六单位像素、第七单位像素和第八单位像素可以包括第五光电转换单元、第六光电转换单元、第七光电转换单元和第八光电转换单元以及被第五光电转换单元、第六光电转换单元、第七光电转换单元和第八光电转换单元共享的第二信号产生单元。第五单位像素、第六单位像素、第七单位像素和第八单位像素可以在平面图中以2×2矩阵形式布置。第二信号产生单元可以包括第五转移晶体管、第六转移晶体管、第七转移晶体管和第八转移晶体管、第二浮动扩散节点、第四驱动晶体管、第五驱动晶体管和第六驱动晶体管以及第四选择晶体管、第五选择晶体管和第六选择晶体管。第五转移晶体管、第六转移晶体管、第七转移晶体管和第八转移晶体管可以分别连接到第五光电转换单元、第六光电转换单元、第七光电转换单元和第八光电转换单元。第二浮动扩散节点可以连接到第五转移晶体管、第六转移晶体管、第七转移晶体管和第八转移晶体管。第四驱动晶体管、第五驱动晶体管和第六驱动晶体管可以连接到第二浮动扩散节点，并且可以彼此并联连接。第四选择晶体管、第五选择晶体管和第六选择晶体管可以在第二输出端子OT2A与第四驱动晶体管、第五驱动晶体管和第六驱动晶体管之间并联连接。第二输出端子OT2A可以与第一输出端子OT1A不同。第二信号产生单元还可以包括连接到第二浮动扩散节点的第二复位晶体管。
在发明构思的示例性实施例中，第一像素组103c和第二像素组105c可以形成有第一像素组103c和第二像素组105c相对于第一像素组103c与第二像素组105c之间的假想线IL对称的镜结构。例如，当第一像素组103c相对于假想线IL旋转大约180度时，旋转的第一像素组103c可以具有与第二像素组105c的结构基本上相同的结构。
例如，第一像素组103c中的第一单位像素、第二单位像素、第三单位像素和第四单位像素可以分别形成在第一像素区域PR1A、第二像素区域PR2A、第三像素区域PR3A和第四像素区域PR4A中，第一像素区域PR1A、第二像素区域PR2A、第三像素区域PR3A和第四像素区域PR4A在平面图中以2×2矩阵形式布置。第二像素组105c中的第五单位像素、第六单位像素、第七单位像素和第八单位像素可以分别形成在第五像素区域PR5A、第六像素区域PR6A、第七像素区域PR7A和第八像素区域PR8A中，第五像素区域PR5A、第六像素区域PR6A、第七像素区域PR7A和第八像素区域PR8A在平面图中以2×2矩阵形式布置。与图5中的第一转移晶体管TTX12、第二转移晶体管TTX22、第三转移晶体管TTX32和第四转移晶体管TTX42对应的第一转移栅极TG1A、第二转移栅极TG2A、第三转移栅极TG3A和第四转移栅极TG4A可以分别形成在第一像素区域PR1A、第二像素区域PR2A、第三像素区域PR3A和第四像素区域PR4A上。与第五转移晶体管、第六转移晶体管、第七转移晶体管和第八转移晶体管对应的第五转移栅极TG5A、第六转移栅极TG6A、第七转移栅极TG7A和第八转移栅极TG8A可以分别形成在第五像素区域PR5A、第六像素区域PR6A、第七像素区域PR7A和第八像素区域PR8A上。与图5中的第一浮动扩散节点FDN12对应的第一浮动扩散区域FD1A可以形成在第一像素区域PR1A、第二像素区域PR2A、第三像素区域PR3A和第四像素区域PR4A中，使得第一浮动扩散区域FD1A与所有的第一像素区域PR1A、第二像素区域PR2A、第三像素区域PR3A和第四像素区域PR4A部分叠置。与第二浮动扩散节点对应的第二浮动扩散区域FD2A可以形成在第五像素区域PR5A、第六像素区域PR6A、第七像素区域PR7A和第八像素区域PR8A中，使得第二浮动扩散区域FD2A与所有的第五像素区域PR5A、第六像素区域PR6A、第七像素区域PR7A和第八像素区域PR8A部分叠置。
与图5中的第一复位晶体管TRX12对应的第一复位栅极RG1A以及与第二复位晶体管对应的第二复位栅极RG2A中的每个可以形成在第一像素区域PR1A和第五像素区域PR5A中的相应的一个上。与图5中的第一驱动晶体管TSF12、第二驱动晶体管TSF22和第三驱动晶体管TSF32对应的第一驱动栅极SFG1A、第二驱动栅极SFG2A和第三驱动栅极SFG3A以及与第四驱动晶体管、第五驱动晶体管和第六驱动晶体管对应的第四驱动栅极SFG4A、第五驱动栅极SFG5A和第六驱动栅极SFG6A中的每个可以形成在第二像素区域PR2A、第三像素区域PR3A、第四像素区域PR4A、第六像素区域PR6A、第七像素区域PR7A和第八像素区域PR8A中的相应的一个上。与图5中的第一选择晶体管TSEL12、第二选择晶体管TSEL22和第三选择晶体管TSEL32对应的第一选择栅极SLG1A、第二选择栅极SLG2A和第三选择栅极SLG3A以及与第四选择晶体管、第五选择晶体管和第六选择晶体管对应的第四选择栅极SLG4A、第五选择栅极SLG5A和第六选择栅极SLG6A中的每个可以形成在第二像素区域PR2A、第三像素区域PR3A、第四像素区域PR4A、第六像素区域PR6A、第七像素区域PR7A和第八像素区域PR8A中的相应的一个上，并可以与第一驱动栅极SFG1A、第二驱动栅极SFG2A、第三驱动栅极SFG3A、第四驱动栅极SFG4A、第五驱动栅极SFG5A和第六驱动栅极SFG6A中的相应的一个相邻设置。如图7中所示，首先可以确定转移栅极TG1A、TG2A、TG3A、TG4A、TG5A、TG6A、TG7A和TG8A的布置，其它的栅极SFG1A、SFG2A、SFG3A、SFG4A、SFG5A、SFG6A、SLG1A、SLG2A、SLG3A、SLG4A、SLG5A、SLG6A、RG1A和RG2A的布置可以被确定为有效地利用像素区域PR1A、PR2A、PR3A、PR4A、PR5A、PR6A、PR7A和PR8A的剩余的面积。例如，复位栅极RG1A和RG2A以及驱动栅极SFG1A、SFG2A、SFG3A、SFG4A、SFG5A和SFG6A中的每个可以形成在像素区域PR1A、PR2A、PR3A、PR4A、PR5A、PR6A、PR7A和PR8A中的相应的一个上。
与图5中的第一光电转换单元PD12、第二光电转换单元PD22、第三光电转换单元PD32和第四光电转换单元PD42对应的第一光电转换区域、第二光电转换区域、第三光电转换区域和第四光电转换区域可以分别形成在第一像素区域PR1A、第二像素区域PR2A、第三像素区域PR3A和第四像素区域PR4A中。另外，与第五光电转换单元、第六光电转换单元、第七光电转换单元和第八光电转换单元对应的第五光电转换区域、第六光电转换区域、第七光电转换区域和第八光电转换区域可以分别形成在第五像素区域PR5A、第六像素区域PR6A、第七像素区域PR7A和第八像素区域PR8A中。
在发明构思的示例性实施例中，与第一驱动晶体管、第二驱动晶体管、第三驱动晶体管、第四驱动晶体管、第五驱动晶体管和第六驱动晶体管对应的第一驱动栅极SFG1A、第二驱动栅极SFG2A、第三驱动栅极SFG3A、第四驱动栅极SFG4A、第五驱动栅极SFG5A和第六驱动栅极SFG6A以及与第一选择晶体管、第二选择晶体管、第三选择晶体管、第四选择晶体管、第五选择晶体管和第六选择晶体管对应的第一选择栅极SLG1A、第二选择栅极SLG2A、第三选择栅极SLG3A、第四选择栅极SLG4A、第五选择栅极LG5A和第六选择栅极SLG6A可以被设置为如图7中所示，使得连接到第一输出端子OT1A的第一输出线VL1A和连接到第二输出端子OT2A的第二输出线VL2A中的每条在平面图中形成为直线。例如，第一输出线VL1A和第二输出线VL2A可以基本上彼此平行。像素信号VOUT1A可以经由第一输出端子OT1A和第一输出线VL1A从第一单位像素、第二单位像素、第三单位像素和第四单位像素输出，像素信号VOUT2A可以经由第二输出端子OT2A和第二输出线VL2A从第五单位像素、第六单位像素、第七单位像素和第八单位像素输出。
在发明构思的示例性实施例中，根据发明构思的示例性实施例的图像传感器中的像素阵列还可以包括用于选择第一输出线VL1A和第二输出线VL2A中的一条的开关SW。例如，开关SW可以设置或定位在像素阵列外部。
在读出模式中，可以使用开关SW来执行表示仅选择第一输出线VL1A和第二输出线VL2A中的一条的操作的切换操作。当基于读出模式中的切换操作断开未选择的或未使用的输出线(例如，第一输出线VL1A和第二输出线VL2A中的一条)时，可以减小输出端子的总电容，可以减少RC延迟，并且因此可以有效地稳定或固定输出信号。
图8和图9是示出根据发明构思的示例性实施例的图1B的像素组的电路图。省略重复描述。
参照图8，包括在图像传感器的像素阵列中的第一像素组100d包括第一单位像素、第二单位像素、第三单位像素和第四单位像素。第一单位像素、第二单位像素、第三单位像素和第四单位像素包括第一光电转换单元PD12、第二光电转换单元PD22、第三光电转换单元PD32和第四光电转换单元PD42以及被第一光电转换单元PD12、第二光电转换单元PD22、第三光电转换单元PD32和第四光电转换单元PD42共享的第一信号产生单元110d。
除了图8中的第一驱动晶体管TSF12、第二驱动晶体管TSF22和第三驱动晶体管TSF32以及图8中的第一选择晶体管TSEL12、第二选择晶体管TSEL22和第三选择晶体管TSEL32公共地连接到节点VN12之外，图8的第一像素组100d可以与图5的第一像素组100c基本上相同。因此，将省略重复描述。
在图5中，包括晶体管TSF12和TSEL12的第一晶体管组、包括晶体管TSF22和TSEL22的第二晶体管组以及包括晶体管TSF32和TSEL32的第三晶体管组可以在电源电压VDD与第一输出端子OT12之间并联连接。然而，在图8中，第一驱动晶体管TSF12、第二驱动晶体管TSF22和第三驱动晶体管TSF32可以在电源电压VDD与节点VN12之间并联连接，第一选择晶体管TSEL12、第二选择晶体管TSEL22和第三选择晶体管TSEL32可以在节点VN12与第一输出端子OT12之间并联连接。
参照图9，包括在图像传感器的像素阵列中的第一像素组100e包括第一单位像素和第二单位像素。第一单位像素和第二单位像素包括第一光电转换单元PD13和第二光电转换单元PD23以及被第一光电转换单元PD13和第二光电转换单元PD23共享的第一信号产生单元110e。
第一信号产生单元110e包括第一转移晶体管TTX13和第二转移晶体管TTX23、第一浮动扩散节点FDN13、第一驱动晶体管TSF13和第二驱动晶体管TSF23以及第一选择晶体管TSEL13和第二选择晶体管TSEL23。第一转移晶体管TTX13和第二转移晶体管TTX23分别连接到第一光电转换单元PD13和第二光电转换单元PD23，并分别接收第一转移信号TGS13和第二转移信号TGS23。第一浮动扩散节点FDN13连接到第一转移晶体管TTX13和第二转移晶体管TTX23。第一驱动晶体管TSF13和第二驱动晶体管TSF23连接到第一浮动扩散节点FDN13，并彼此并联连接。第一选择晶体管TSEL13和第二选择晶体管TSEL23在第一输出端子OT13与第一驱动晶体管TSF13和第二驱动晶体管TSF23之间并联连接。第一信号产生单元110e还可以包括连接到第一浮动扩散节点FDN13的第一复位晶体管TRX13。
第一驱动晶体管TSF13和第二驱动晶体管TSF23可以彼此并联连接，第一驱动晶体管TSF13的栅电极和第二驱动晶体管TSF23的栅电极可以公共地连接到第一浮动扩散节点FDN13。第一选择晶体管TSEL13和第二选择晶体管TSEL23可以彼此并联连接，第一选择晶体管TSEL13的栅电极和第二选择晶体管TSEL23的栅电极可以公共地接收选择信号SELS13。第一复位晶体管TRX13的栅电极可以接收复位信号RGS13。从第一输出端子OT13输出的多个像素信号VOUT13可以包括与第一光电荷和第二光电荷对应的第一像素信号和第二像素信号，第一光电荷和第二光电荷分别由第一光电转换单元PD13和第二光电转换单元PD23收集。
图9的第一像素组100e可以是图1B的像素组100的示例，其中，N为2且M为2。
图10是示出根据发明构思的示例性实施例的图9的像素组的布局布置的平面图。图10示出了基底的俯视平面图，其中，包括在信号产生单元中的晶体管位于基底的第一表面(例如，顶表面)的视图中。省略重复描述。
参照图10，图像传感器中的像素阵列包括第一像素组101e和与第一像素组101e相邻的第二像素组103e。
第一像素组101e包括第一单位像素和第二单位像素。第一像素组101e中的第一单位像素和第二单位像素可以分别与图9的第一像素组100e中的第一单位像素和第二单位像素基本上相同。第一像素组101e中的第一单位像素和第二单位像素可以在平面图中以2×1(或1×2)矩阵形式布置。
例如，第一像素组101e中的第一单位像素和第二单位像素可以分别形成在第一像素区域PR13和第二像素区域PR23中，第一像素区域PR13和第二像素区域PR23在平面图中以2×1矩阵形式布置。与图9中的第一转移晶体管TTX13和第二转移晶体管TTX23对应的第一转移栅极TG13和第二转移栅极TG23可以分别形成在第一像素区域PR13和第二像素区域PR23上。与图9中的第一浮动扩散节点FDN13对应的第一浮动扩散区域FD13可以形成在第一像素区域PR13和第二像素区域PR23中，使得第一浮动扩散区域FD13与所有的第一像素区域PR13和第二像素区域PR23部分叠置。
与图9中的第一驱动晶体管TSF13和第二驱动晶体管TSF23对应的第一驱动栅极SFG13和第二驱动栅极SFG23中的每个可以形成在第一像素区域PR13和第二像素区域PR23中的相应的一个上。与图9中的第一选择晶体管TSEL13和第二选择晶体管TSEL23对应的第一选择栅极SLG13和第二选择栅极SLG23中的每个可以形成在第一像素区域PR13和第二像素区域PR23中的相应的一个上，并可以与第一驱动栅极SFG13和第二驱动栅极SFG23中的相应的一个相邻设置。与图9中的第一复位晶体管TRX13对应的第一复位栅极RG13可以形成在第一像素区域PR13和第二像素区域PR23上，使得第一复位栅极RG13与第一像素区域PR13和第二像素区域PR23部分叠置。如图10中所示，首先可以确定转移栅极TG13和TG23的布置，其它的栅极SFG13、SFG23、SLG13、SLG23和RG13的布置可以被确定为有效地利用像素区域PR13和PR23的剩余的面积。
与图9中的第一光电转换单元PD13和第二光电转换单元PD23对应的第一光电转换区域和第二光电转换区域可以分别形成在第一像素区域PR13和第二像素区域PR23中。
在发明构思的示例性实施例中，与图9中的第一驱动晶体管TSF13和第二驱动晶体管TSF23对应的第一驱动栅极SFG13和第二驱动栅极SFG23以及与图9中的第一选择晶体管TSEL13和第二选择晶体管TSEL23对应的第一选择栅极SLG13和第二选择栅极SLG23可以被设置为如图10中所示，使得连接到第一输出端子OT13的输出线VL13在平面图中形成为直线。
第二像素组103e可以包括第三单位像素和第四单位像素，并可以具有与第一像素组101e的结构基本上相同的结构。
例如，第二像素组103e中的第三单位像素和第四单位像素可以包括第三电转换单和第四光电转换单元以及被第三电转换单和第四光电转换单元共享的第二信号产生单元。第三单位像素和第四单位像素可以在平面图中以2×1矩阵形式布置。第二信号产生单元可以包括第三转移晶体管和第四转移晶体管、第二浮动扩散节点、第三驱动晶体管和第四驱动晶体管以及第三选择晶体管和第四选择晶体管。第三转移晶体管和第四转移晶体管可以分别连接到第三电转换单和第四光电转换单元。第二浮动扩散节点可以连接到第三转移晶体管和第四转移晶体管。第三驱动晶体管和第四驱动晶体管可以连接到第二浮动扩散节点，并可以彼此并联连接。第三选择晶体管和第四选择晶体管可以在第二输出端子OT23与第三驱动晶体管和第四驱动晶体管之间并联连接。第二输出端子OT23可以与第一输出端子OT13不同。第二信号产生单元还可以包括连接到第二浮动扩散节点的第二复位晶体管。
第二像素组103e中的第三单位像素和第四单位像素可以分别形成在第三像素区域PR33和第四像素区域PR43中，第三像素区域PR33和第四像素区域PR43在平面图中以2×1矩阵形式布置。与第三转移晶体管和第四转移晶体管对应的第三转移栅极TG33和第四转移栅极TG43、与第二浮动扩散节点对应的第二浮动扩散区域FD23、与第三驱动晶体管和第四驱动晶体管对应的第三驱动栅极SFG33和第四驱动栅极SFG43、与第三选择晶体管和第四选择晶体管对应的第三选择栅极SLG33和第四选择栅极SLG43以及与第二复位晶体管对应的第二复位栅极RG23的布置可以分别与第一转移栅极TG13和第二转移栅极TG23、第一浮动扩散区域FD13、第一驱动栅极SFG13和第二驱动栅极SFG23、第一选择栅极SLG13和第二选择栅极SLG23以及第一复位栅极RG13的布置基本上相同。与第三光电转换单元和第四光电转换单元对应的第三光电转换区域和第四光电转换区域可以分别形成在第三像素区域PR33和第四像素区域PR43中。
在发明构思的示例性实施例中，与第一驱动晶体管、第二驱动晶体管、第三驱动晶体管和第四驱动晶体管对应的第一驱动栅极SFG13、第二驱动栅极SFG23、第三驱动栅极SFG33和第四驱动栅极SFG43以及与第一选择晶体管、第二选择晶体管、第三选择晶体管和第四选择晶体管对应的第一选择栅极SLG13、第二选择栅极SLG23、第三选择栅极SLG33和第四选择栅极SLG43可以被设置为如图10中所示，使得连接到第一输出端子OT13和第二输出端子OT23的输出线VL13在平面图中形成为直线。像素信号VOUT13可以经由第一输出端子OT13和输出线VL13从第一单位像素和第二单位像素输出，像素信号VOUT23可以经由第二输出端子OT23和输出线VL13从第三单位像素和第四单位像素输出。
图11是示出根据发明构思的示例性实施例的图1B的像素组的电路图。省略重复描述。
参照图11，包括在图像传感器的像素阵列中的第一像素组100f包括第一单位像素和第二单位像素。第一单位像素和第二单位像素包括第一光电转换单元PD13和第二光电转换单元PD23以及被第一光电转换单元PD13和第二光电转换单元PD23共享的第一信号产生单元110f。
除了图11中的第一驱动晶体管TSF13和第二驱动晶体管TSF23以及图11中的第一选择晶体管TSEL13和第二选择晶体管TSEL23公共地连接到节点VN13之外，图11的第一像素组100f可以与图9的第一像素组100e基本上相同。因此，将省略重复描述。
在图9中，包括晶体管TSF13和TSEL13的第一晶体管组以及包括晶体管TSF23和TSEL23的第二晶体管组可以在电源电压VDD与第一输出端子OT13之间并联连接。然而，在图11中，第一驱动晶体管TSF13和第二驱动晶体管TSF23可以在电源电压VDD与节点VN13之间并联连接，并且第一选择晶体管TSEL13和第二选择晶体管TSEL23可以在节点VN13与第一输出端子OT13之间并联连接。
尽管上述发明构思的示例性实施例包括特定数量的光电转换单元、驱动晶体管和选择晶体管，但是发明构思不限于此。例如，发明构思可以应用于以下任何像素结构：其中，一个信号产生单元被任意数量的光电转换单元共享，并且所述一个信号产生单元包括彼此并联连接的任意数量的驱动晶体管以及彼此并联连接的任意数量的选择晶体管。
图12是示出根据发明构思的示例性实施例的图像传感器的框图。
参照图12，图像传感器500包括像素阵列510和信号处理单元。信号处理单元可以包括行驱动器520、模数转换(ADC)单元530、数字信号处理(DSP)单元540和控制器550。
像素阵列510基于入射光产生多个像素信号(例如，模拟像素信号)。像素阵列510包括多个单位像素，所述多个单位像素以多个行和多个列的矩阵布置。
像素阵列510可以与图1A的像素阵列10对应，并且可以利用以上参照图1B至图11描述的示例来实现。例如，像素阵列510可以利用SGU共享结构来实现，在SGU共享结构中，一个信号产生单元被多个光电转换单元所共享，并且所述一个信号产生单元可以包括彼此并联连接的多个驱动晶体管和彼此并联连接的多个选择晶体管。通过包括彼此并联连接的多个驱动晶体管和彼此并联连接的多个选择晶体管，可以降低噪声，并且可以增大单位像素的操作速度。另外，一个驱动晶体管和一个选择晶体管可以通过一条线或布线彼此连接(例如，具有相对简单的结构)，因此可以防止由于FPN而造成的劣化。
信号处理单元基于多个像素信号产生图像数据(例如，有效的数字图像数据)。
行驱动器520可以与像素阵列510中的每个行连接。行驱动器520可以产生驱动信号以驱动每个行。例如，行驱动器520可以逐行驱动包括在像素阵列510中的多个单位像素。
ADC单元530可以与像素阵列510中的每个列连接。ADC单元530可以将从像素阵列510输出的模拟信号(例如，像素信号)转换为数字信号(例如，图像数据)。在发明构思的示例性实施例中，ADC单元530可以执行列模数转换，其利用分别结合到多个列的多个模数转换器并行地(例如，同时地或并发地)转换模拟信号。在发明构思的示例性实施例中，ADC单元530可以执行利用单个模数转换器顺序地转换模拟信号的单个模数转换。
根据发明构思的示例性实施例，ADC单元530还可以包括用于提取有效信号分量的相关双采样(CDS)单元532。在发明构思的示例性实施例中，CDS单元532可以执行模拟双采样，其基于包括复位分量的模拟复位信号和包括信号分量的模拟数据信号之间的差来提取有效信号分量。在发明构思的示例性实施例中，CDS单元532可以执行数字双采样，其将模拟复位信号和模拟数据信号转换为两个数字信号，并基于所述两个数字信号之间的差来提取有效信号分量。在发明构思的示例性实施例中，CDS单元532可以执行双相关双采样，其执行模拟双采样和数字双采样两者。
DSP单元540可以接收从ADC单元530输出的数字信号，并可以对数字信号执行图像数据处理。例如，DSP单元540可以执行图像插值、颜色校正、白平衡、伽马校正、颜色转换等。
控制器550可以通过提供诸如时钟信号、时序控制信号等的控制信号来控制行驱动器520、ADC单元530和DSP单元540。根据发明构思的示例性实施例，控制器550可以包括控制逻辑电路、锁相环电路、时序控制电路、通信接口电路等。
图13是示出根据发明构思的示例性实施例的包括图像传感器的计算系统的框图。
参照图13，计算系统900可以包括处理器910、存储器装置920、存储装置930、图像传感器940、输入/输出(I/O)装置950和电源960。
处理器910可以执行用于操作计算系统900的各种计算或任务。例如，处理器910可以包括微处理器、中央处理单元(CPU)、应用处理器(AP)等。存储器装置920和存储装置930可以存储用于操作计算系统900的数据。例如，存储器装置920可以包括易失性存储器装置和/或非易失性存储器装置，并且存储装置930可以包括固态驱动(SSD)、硬盘驱动(HDD)、CD-ROM等。I/O装置950可以包括输入装置(例如，键盘、小键盘、鼠标等)和输出装置(例如，打印机、显示装置等)。电源960可以为计算系统900供应操作电压。
图像传感器940可以包括根据发明构思的示例性实施例的像素阵列。例如，图像传感器940中的像素阵列可以利用共享像素结构(例如，SGU共享结构)来实现，并且可以包括彼此并联连接的多个驱动晶体管/多个选择晶体管。因此，可以降低噪声，可以增大单位像素的操作速度，并且可以防止由于FPN而导致的劣化。
发明构思可以应用于包括图像传感器的各种装置和系统。例如，发明构思可以应用于诸如移动电话、智能电话、平板电脑、笔记本电脑、个人数字助理(PDA)、便携式多媒体播放器(PMP)、数字照相机、便携式游戏机、音乐播放器、摄像机、视频播放器、导航装置、可穿戴装置、物联网(IoT)装置、万物互联网(IoE)装置、电子书阅读器、虚拟现实(VR)装置、增强现实(AR)装置、机器人装置等的系统。
如上所述，根据发明构思的示例性实施例的像素阵列和图像传感器可以利用信号产生单元共享结构(SGU)来实现，其中，一个信号产生单元被多个光电转换单元共享。另外，信号产生单元可以利用多驱动晶体管(TSF)和选择晶体管(TSEL)结构来实现，其中，信号产生单元包括彼此并联连接的多个驱动晶体管和彼此并联连接的多个选择晶体管。
通过包括彼此并联连接的多个驱动晶体管，驱动晶体管的总面积可以增大，驱动晶体管的总增益可以增大，并且驱动晶体管的总电阻可以减小。因此，可以降低暗随机噪声、随机电报信号(RTS)噪声、热噪声等，并且可以增大单位像素的操作速度。另外，通过包括彼此并联连接的多个选择晶体管，选择晶体管的总面积可以增加，并且选择晶体管的总电阻可以减小。另外，一个驱动晶体管和一个选择晶体管可以通过一条线或布线彼此连接(例如，具有相对简单的结构)，因此，可以防止由于固定的图案噪声(FPN)导致的劣化。
尽管已经参照发明构思的示例性实施例示出和描述了发明构思，但是本领域普通技术人员将理解的是，在不脱离如由权利要求阐述的本发明构思的精神和范围的情况下，可以对其做出形式上和细节上的各种变化。

Claims (20)

1.一种包括在图像传感器中的像素阵列，所述像素阵列包括：
第一像素组，所述第一像素组包括：第一单位像素、第二单位像素、第三单位像素和第四单位像素，分别包括第一光电转换单元、第二光电转换单元、第三光电转换单元和第四光电转换单元以及被第一光电转换单元、第二光电转换单元、第三光电转换单元和第四光电转换单元共享的第一信号产生单元，
其中，第一信号产生单元包括：第一转移晶体管、第二转移晶体管、第三转移晶体管和第四转移晶体管，分别连接到第一光电转换单元、第二光电转换单元、第三光电转换单元和第四光电转换单元；第一浮动扩散节点，连接到第一转移晶体管、第二转移晶体管、第三转移晶体管和第四转移晶体管；多个驱动晶体管，连接到第一浮动扩散节点，并彼此并联连接；以及多个选择晶体管，在第一输出端子与多个驱动晶体管之间并联连接，
其中，第一输出端子输出分别与第一光电荷、第二光电荷、第三光电荷和第四光电荷对应的第一像素信号、第二像素信号、第三像素信号和第四像素信号，第一光电荷、第二光电荷、第三光电荷和第四光电荷分别由第一光电转换单元、第二光电转换单元、第三光电转换单元和第四光电转换单元收集，
其中，多个选择晶体管的数量等于多个驱动晶体管的数量。
2.根据权利要求1所述的像素阵列，其中，第一信号产生单元中的多个驱动晶体管的数量和多个选择晶体管的数量分别比第一像素组中的单位像素的数量少。
3.根据权利要求1所述的像素阵列，其中：
第一单位像素、第二单位像素、第三单位像素和第四单位像素以2×2矩阵形式布置，
多个驱动晶体管包括彼此并联连接的第一驱动晶体管和第二驱动晶体管，
第一驱动晶体管的栅电极和第二驱动晶体管的栅电极公共地连接到第一浮动扩散节点，
多个选择晶体管包括彼此并联连接的第一选择晶体管和第二选择晶体管，
第一选择晶体管的栅电极和第二选择晶体管的栅电极公共地接收选择信号。
4.根据权利要求3所述的像素阵列，其中，设置第一驱动晶体管和第二驱动晶体管以及第一选择晶体管和第二选择晶体管，使得连接到第一输出端子的输出线在平面图中形成为直线。
5.根据权利要求3所述的像素阵列，所述像素阵列还包括：
第二像素组，与第一像素组相邻，所述第二像素组包括：第五单位像素、第六单位像素、第七单位像素和第八单位像素，分别包括第五光电转换单元、第六光电转换单元、第七光电转换单元和第八光电转换单元以及被第五光电转换单元、第六光电转换单元、第七光电转换单元和第八光电转换单元共享的第二信号产生单元，其中，第五单位像素、第六单位像素、第七单位像素和第八单位像素以2×2矩阵形式布置，
其中，第二信号产生单元包括：第五转移晶体管、第六转移晶体管、第七转移晶体管和第八转移晶体管，分别连接到第五光电转换单元、第六光电转换单元、第七光电转换单元和第八光电转换单元；第二浮动扩散节点，连接到第五转移晶体管、第六转移晶体管、第七转移晶体管和第八转移晶体管；第三驱动晶体管和第四驱动晶体管，连接到第二浮动扩散节点，并彼此并联连接；以及第三选择晶体管和第四选择晶体管，在第二输出端子与第三驱动晶体管和第四驱动晶体管之间并联连接，其中，第二输出端子与第一输出端子不同。
6.根据权利要求5所述的像素阵列，其中，设置第一驱动晶体管、第二驱动晶体管、第三驱动晶体管和第四驱动晶体管以及第一选择晶体管、第二选择晶体管、第三选择晶体管和第四选择晶体管，使得连接到第一输出端子和第二输出端子的输出线在平面图中形成为直线。
7.根据权利要求1所述的像素阵列，其中：
第一单位像素、第二单位像素、第三单位像素和第四单位像素以4×1矩阵形式布置，
多个驱动晶体管包括彼此并联连接的第一驱动晶体管、第二驱动晶体管和第三驱动晶体管，
第一驱动晶体管的栅电极、第二驱动晶体管的栅电极和第三驱动晶体管的栅电极公共地连接到第一浮动扩散节点，
多个选择晶体管包括彼此并联连接的第一选择晶体管、第二选择晶体管和第三选择晶体管，
第一选择晶体管的栅电极、第二选择晶体管的栅电极和第三选择晶体管的栅电极公共地接收选择信号。
8.根据权利要求7所述的像素阵列，其中，设置第一驱动晶体管、第二驱动晶体管和第三驱动晶体管以及第一选择晶体管、第二选择晶体管和第三选择晶体管，使得连接到第一输出端子的输出线在平面图中形成为直线。
9.根据权利要求1所述的像素阵列，其中：
第一单位像素、第二单位像素、第三单位像素和第四单位像素以2×2矩阵形式布置，
多个驱动晶体管包括彼此并联连接的第一驱动晶体管、第二驱动晶体管和第三驱动晶体管，
第一驱动晶体管的栅电极、第二驱动晶体管的栅电极和第三驱动晶体管的栅电极公共地连接到第一浮动扩散节点，
多个选择晶体管包括彼此并联连接的第一选择晶体管、第二选择晶体管和第三选择晶体管，
第一选择晶体管的栅电极、第二选择晶体管的栅电极和第三选择晶体管的栅电极公共地接收选择信号。
10.根据权利要求9所述的像素阵列，所述像素阵列还包括：
第二像素组，与第一像素组相邻，所述第二像素组包括：第五单位像素、第六单位像素、第七单位像素和第八单位像素，分别包括第五光电转换单元、第六光电转换单元、第七光电转换单元和第八光电转换单元以及被第五光电转换单元、第六光电转换单元、第七光电转换单元和第八光电转换单元共享的第二信号产生单元，其中，第五单位像素、第六单位像素、第七单位像素和第八单位像素以2×2矩阵形式布置，
其中，第二信号产生单元包括：第五转移晶体管、第六转移晶体管、第七转移晶体管和第八转移晶体管，分别连接到第五光电转换单元、第六光电转换单元、第七光电转换单元和第八光电转换单元；第二浮动扩散节点，连接到第五转移晶体管、第六转移晶体管、第七转移晶体管和第八转移晶体管；第四驱动晶体管、第五驱动晶体管和第六驱动晶体管，连接到第二浮动扩散节点，并彼此并联连接；以及第四选择晶体管、第五选择晶体管和第六选择晶体管，在第二输出端子与第四驱动晶体管、第五驱动晶体管和第六驱动晶体管之间并联连接，其中，第二输出端子与第一输出端子不同。
11.根据权利要求10所述的像素阵列，其中，设置第一驱动晶体管、第二驱动晶体管、第三驱动晶体管、第四驱动晶体管、第五驱动晶体管和第六驱动晶体管以及第一选择晶体管、第二选择晶体管、第三选择晶体管、第四选择晶体管、第五选择晶体管和第六选择晶体管，使得连接到第一输出端子的第一输出线以及连接到第二输出端子的第二输出线中的每条在平面图中形成为直线。
12.根据权利要求11所述的像素阵列，所述像素阵列还包括：
开关，被构造为选择第一输出线和第二输出线中的一条。
13.根据权利要求11所述的像素阵列，其中，第一像素组和第二像素组形成有第一像素组和第二像素组相对于第一像素组与第二像素组之间的假想线对称的镜结构。
14.根据权利要求11所述的像素阵列，其中，第一输出线和第二输出线彼此平行。
15.根据权利要求1所述的像素阵列，其中，所述第一信号产生单元还包括：
第一复位晶体管，连接到第一浮动扩散节点。
16.一种包括在图像传感器中的像素阵列，所述像素阵列包括：
第一像素组，所述第一像素组包括：第一单位像素和第二单位像素，分别包括第一光电转换单元和第二光电转换单元以及被第一光电转换单元和第二光电转换单元共享的第一信号产生单元，
其中，第一信号产生单元包括：第一转移晶体管和第二转移晶体管，分别连接到第一光电转换单元和第二光电转换单元；第一浮动扩散节点，连接到第一转移晶体管和第二转移晶体管；多个驱动晶体管，连接到第一浮动扩散节点，并彼此并联连接；以及多个选择晶体管，在第一输出端子与多个驱动晶体管之间并联连接，
其中，第一输出端子输出分别与第一光电荷和第二光电荷对应的第一像素信号和第二像素信号，第一光电荷和第二光电荷分别由第一光电转换单元和第二光电转换单元收集，
其中，多个选择晶体管的数量等于多个驱动晶体管的数量。
17.根据权利要求16所述的像素阵列，其中，第一信号产生单元中的多个驱动晶体管的数量和多个选择晶体管的数量均等于第一像素组中的单位像素的数量。
18.根据权利要求16所述的像素阵列，其中：
第一单位像素和第二单位像素以2×1矩阵形式布置，
多个驱动晶体管包括彼此并联连接的第一驱动晶体管和第二驱动晶体管，
第一驱动晶体管的栅电极和第二驱动晶体管的栅电极公共地连接到第一浮动扩散节点，
多个选择晶体管包括彼此并联连接的第一选择晶体管和第二选择晶体管，
第一选择晶体管的栅电极和第二选择晶体管的栅电极公共地接收选择信号。
19.根据权利要求18所述的像素阵列，其中，设置第一驱动晶体管和第二驱动晶体管以及第一选择晶体管和第二选择晶体管，使得连接到第一输出端子的输出线在平面图中形成为直线。
20.一种图像传感器，所述图像传感器包括：
像素阵列，被构造为响应于入射光而产生多个像素信号；以及
信号处理单元，被构造为响应于多个像素信号而产生图像数据，
其中，所述像素阵列包括：第一像素组，所述第一像素组包括多个单位像素，所述多个单位像素包括多个光电转换单元以及被多个光电转换单元共享的第一信号产生单元，
其中，所述第一信号产生单元包括：多个转移晶体管，分别连接到多个光电转换单元；第一浮动扩散节点，连接到多个转移晶体管；多个驱动晶体管，连接到第一浮动扩散节点，并彼此并联连接；以及多个选择晶体管，在第一输出端子与多个驱动晶体管之间并联连接，
其中，第一输出端子输出多个像素信号中的至少一个，
其中，多个选择晶体管的数量等于多个驱动晶体管的数量。
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