CN112752043A - 图像感测装置 - Google Patents

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Abstract

公开了图像感测装置。该图像感测装置可以包括：多个单位像素，其布置为在第一方向和垂直于第一方向的第二方向上的单位像素阵列；以及器件隔离结构，其中每个单位像素设置在与相邻单位像素隔离的区域中并且包括单个光电转换元件、单个浮置扩散区以及至少三个晶体管。单个光电转换元件、单个浮置扩散区以及至少三个晶体管位于由器件隔离结构隔离的区域中。

Description

图像感测装置
技术领域
本专利文档中公开的技术和实现总体上涉及图像感测装置。
背景技术
图像感测装置是用于将光学图像转换成电信号的半导体装置。图像感测装置可以分类为CCD(电荷耦合器件)图像感测装置和CMOS(互补金属氧化物半导体)图像感测装置。
随着CMOS图像传感器的最近发展，在例如智能电话、数码相机等的各种电子电器中对高质量和高性能CMOS图像传感器的需求正在迅速增长。CMOS图像传感器包括光电转换元件以根据从外部接收的入射光来产生电荷，并且包括一个或更多个电路以处理与所产生的电荷相对应的电信号。
随着CMOS图像传感器的分辨率增加，CMOS图像传感器中包含的每个像素的尺寸逐渐减小，以在不增加芯片尺寸的情况下增加像素的数量。因此，可能出现像素之间的干扰，例如串扰，这导致图像的质量和准确性降低。
发明内容
所公开的技术涉及一种用于调整转换增益同时使多个像素之间的特性偏差最小化的图像感测装置。
根据所公开的技术的实施方式，图像感测装置可以包括：多个单位像素，其布置为在第一方向和垂直于第一方向的第二方向上的单位像素阵列；以及器件隔离结构，其中每个单位像素设置在与相邻单位像素隔离的区域中，并且包括单个光电转换元件、单个浮置扩散区以及至少三个晶体管。单个光电转换元件、单个浮置扩散区以及至少三个晶体管可以位于由器件隔离结构隔离的区域中。
根据所公开的技术的另一实施方式，图像感测装置可以包括：像素组，其包括第一单位像素至第六单位像素，使得第一单位像素和第二单位像素在第一行中彼此相邻布置，第三单位像素和第四单位像素在第二行中彼此相邻布置，并且第五单位像素和第六单位像素在第三行中彼此相邻布置。第一单位像素至第六单位像素中的每个可以包括光电转换元件和浮置扩散区。第一单位像素至第四单位像素的浮置扩散区彼此电互连以形成公共浮置扩散节点。第三单位像素至第六单位像素当中的一些单位像素包括第一晶体管，每个第一晶体管被配置为具有彼此电联接的源极区和漏极区的MOS电容器。一些单位像素中的任何一个可以包括第二晶体管，第二晶体管被配置为将MOS电容器选择性地连接到公共浮置扩散节点。
根据所公开的技术的另一实施方式，图像感测装置可以包括第一单位像素至第四单位像素，其在第一方向和垂直于第一方向的第二方向上彼此相邻布置，第一单位像素至第四单位像素中的每个包括光电转换元件和浮置扩散区。第一单位像素至第四单位像素的浮置扩散区可以电互连并且共同互连，以形成公共浮置扩散节点。第一单位像素至第四单位像素当中的单位像素可以包括第一晶体管，每个第一晶体管被配置为具有彼此电联接的源极区和漏极区的MOS电容器。
应当理解，所公开的技术的前述概括描述和以下详细描述都是示例性和解释性的，并且旨在提供对所要求保护的本公开的进一步解释。
附图说明
参照结合附图考虑的以下详细描述，所公开的技术的以上和其它特征以及有益方面将变得显而易见。
图1是例示基于所公开的技术的一些实现的图像感测装置的框图的示例。
图2是例示基于所公开的技术的一些实现的图1所示的像素阵列的示意图的示例。
图3是例示基于所公开的技术的一些实现的图2所示的共享像素的等效电路图的示例。
图4是例示基于所公开的技术的一些实现的图2所示的共享像素的等效电路图的另一示例。
图5是例示基于所公开的技术的一些实现的图2所示的共享像素的等效电路图的另一示例。
图6是例示基于所公开的技术的一些实现的图2所示的共享像素的等效电路图的又一示例。
具体实施方式
本专利文档提供了基本上解决了由于相关技术的局限性和缺点引起的一个或更多个问题的图像感测装置的实现和示例。所公开的技术的一些实现提出了用于调整转换增益且同时使像素之间的特性偏差最小化的图像感测装置的设计。认识到上述问题，所公开的技术提供了能够调整转换增益且同时使像素之间的特性偏差最小化的图像感测装置的各种实现，从而改善了图像感测装置的操作特性。
现在将详细参照一些实施方式进行说明，其示例在附图中示出。在整个附图中，将尽可能地使用相同的附图标记指代相同或相似的部件。在以下描述中，将省略并入本文中的相关已知配置或功能的详细描述，以避免使主题变得模糊。
图1是例示基于所公开的技术的一些实现的图像感测装置100的框图。
参照图1，图像感测装置100可以包括像素阵列110、行解码器120、相关双采样器(CDS)电路130、模数转换器(ADC)电路140、输出缓冲器150、列解码器160、和定时控制器170。在这种情况下，仅出于示例性目的公开了图像感测装置100的上述组成元件，并且必要时可以向图像感测装置100添加至少一些元件或从图像感测装置100中省略至少一些元件。
像素阵列110可以形成在基板中，并且可以包括以矩阵形状布置的多个像素组(PXG)。每个像素组(PXG)可以包括多个单位像素，以将从外部接收的光信号转换成电信号。每个单位像素可以包括感光像素，以将光信号转换成电信号。感光元件可以包括例如光电二极管、光栅(photogate)、光电晶体管、光电导体或能够产生光电荷的一些其它感光结构。像素阵列110可以从行解码器120接收驱动信号。驱动信号可以包括例如包括行选择信号、复位信号、传输(Tx)信号等的驱动信号。像素阵列110可以由驱动信号驱动。
一旦从定时控制器170接收到控制信号，行解码器120可以驱动像素阵列110。具体地，行解码器120可以从像素阵列110的多条行线当中选择至少一条行线。为了从多条行线当中选择至少一条行线，行解码器120可以产生行选择信号。可以通过行线传输行选择信号。行解码器120可以针对与至少一条所选行线相对应的像素顺序地使能复位信号和传输(Tx)信号。因此，可以由所选行线中包含的每个像素产生模拟参考信号和模拟图像信号，使得由所选行线中包含的相应像素所产生的模拟参考信号和模拟图像信号可以依次被传送给相关双采样器(CDS)电路130。在这种情况下，在必要时，由每个像素产生的参考信号和图像信号可以统称为像素信号。
在一些实现中，图像感测装置可以使用相关双采样器(CDS)以通过对像素信号进行两次采样使得在这两个采样之间取差，来去除像素的偏移值。例如，相关双采样器(CDS)可以通过比较光入射在像素上之前和之后获得的像素输出电压来去除像素的偏移值，使得能够实际测量到仅基于入射光的像素信号。相关双采样器(CDS)电路130可以依次采样并保持通过多条列线从像素阵列110传送的参考信号和图像信号。因此，相关双采样器(CDS)电路130可以采样并保持与像素阵列110的每列相对应的参考信号和图像信号的电平。
一旦从定时控制器170接收到控制信号，相关双采样器(CDS)电路130可以向ADC电路140传输与各列的参考信号和图像信号相对应的相关双采样(CDS)信号。
ADC电路140可以从CDS电路130接收每列的CDS信号，可以将接收到的CDS信号转换成数字信号，并且因此可以输出数字信号。ADC电路140可以基于每列的CDS信号和从定时控制器170接收的斜坡信号来执行计数和计算操作，使得ADC电路140可以产生从中去除了与每列相对应的噪声(例如，每个像素的独有复位噪声)的数字图像数据。
ADC电路140可以包括与像素阵列110的相应列相对应的多个列计数器，并且可以使用列计数器将每列的CDS信号转换为数字信号。根据另一实施方式，ADC电路140可以包括单个全局计数器，并且可以使用从全局计数器接收的全局码来将与每列相对应的CDS信号转换为数字信号。
输出缓冲器150可以接收从ADC电路140输出的每列的图像数据，可以捕获所接收的图像数据，并且可以输出所捕获的图像数据。一旦从定时控制器170接收到控制信号，输出缓冲器150可以临时存储从ADC电路140输出的图像数据。输出缓冲器150可以用作被配置为补偿图像传感器100与联接至图像传感器100的另一装置之间的传输(Tx)速度(或处理速度)的差异的接口。
一旦从定时控制器170接收到控制信号，列解码器160可以选择输出缓冲器150的列，并且临时存储在输出缓冲器150的所选列中的图像数据可以被顺序地输出。更详细地，列解码器160可以从定时控制器170接收地址信号，可以基于所接收的地址信号而产生列选择信号，并且可以选择输出缓冲器160的列，使得列解码器160可以控制来自输出缓冲器160的所选列的图像数据作为输出信号SO输出。
定时控制器170可以控制行解码器120、ADC电路140、输出缓冲器150和列解码器160。
定时控制器170可以向行解码器120、列解码器160、ADC电路140和输出缓冲器150传输图像传感器100的组成元件所需的时钟信号、定时控制所需的控制信号、以及选择行或列所需的地址信号。根据实施方式，定时控制器170可以包括逻辑控制电路、锁相环(PLL)电路、定时控制电路、通信接口电路等。
图2是例示基于所公开的技术的一些实现的图1所示的像素阵列的一部分的示意图的示例。
像素阵列110可以包括在第一方向(X轴方向)和垂直于第一方向的第二方向(Y轴方向)上连续且重复地布置的多个像素组(PXG)。
如图2所示，每个像素组(PXG)可以包括6个单位像素PX1至PX6。
单位像素PX1至PX6中的每个可以通过器件隔离结构(ISO)与其它单位像素物理隔离。因此，单位像素PX1至PX6中的每个被设计为不与另一单位像素在物理上共享光电转换元件PD、浮置扩散(FD)区或晶体管。因此，单个光电转换元件PD、单个浮置扩散(FD)区或单个晶体管可以设置在被器件隔离结构(ISO)围绕的单位像素区内，并且不能设置在两个或更多个单位像素区上。例如，单位像素PX1至PX6中的每个包括其自己的光电转换元件PD、浮置扩散(FD)区或晶体管。
在一些实现中，器件隔离结构(ISO)可以包括沟槽状隔离结构，在沟槽状隔离结构中基板被蚀刻至预定深度并且绝缘材料被掩埋或设置在蚀刻区中。例如，器件隔离结构(ISO)可以包括深沟槽隔离(DTI)结构、浅沟槽隔离(STI)结构或其组合。
单位像素PX1至PX6中的每个可以包括背面照明(BSI)结构或正面照明(FSI)结构。
在一些实现中，可以通过金属线来实现包含在不同单位像素中的元件之间的电连接。
单位像素PX1至PX6中的每个可以包括单个光电转换元件(PD1至PD6中的任何一个)、单个浮置扩散(FD)区(FD1至FD6中的任何一个)和三个晶体管(TA1至TA6中的任何一个、TB1至TB6中的任何一个以及TC1至TC6中的任何一个)。例如，单位像素PX1可以包括单个光电转换元件(PD1)、单个浮置扩散区(FD1)以及三个晶体管TA1、TB1和TC1。
各个单位像素PX1至PX6中的多个元件FD、TA、TB和TC的布局结构可以等同地应用于每个像素组(PXG)。例如，在每个单位像素PX1至PX6中，可以在每个单位像素的一个角部周围布置浮置扩散(FD)区，可以沿着X轴方向与浮置扩散(FD)区相邻地布置晶体管(TA)，可以沿着Y轴方向与浮置扩散(FD)区相邻地布置晶体管(TB)，并且可以沿着X轴方向与晶体管(TB)相邻地布置晶体管(TC)。因此，晶体管(TC)可以沿着Y轴方向与晶体管(TA)相邻布置并且与浮置扩散(FD)区对角地布置。
在一些实现中，在像素组(PXG)中，邻近或相邻的单位像素的元件FD、TA、TB和TC可以相对于两个邻近或相邻的单位像素之间的边界对称地布置。在一些实现中，当另一单位像素与单位像素邻近或相邻时，该单位像素的元件FD、TA、TB和TC分别与另一单位像素的元件FD、TA、TB和TC具有相同的尺寸，并且元件FD、TA、TB和TC以该单位像素和另一单位像素之间的边界对称地布置。例如，在X轴方向上彼此邻近或相邻的单位像素PX1和PX2中，单位像素PX1的浮置扩散区FD1的尺寸可以与单位像素PX2的浮置扩散区FD2的尺寸相同，并且单位像素PX1的晶体管TA1、TB1和TC1的尺寸可以与单位像素PX2的晶体管TA2、TB2和TC2的尺寸相同。单位像素PX1的浮置扩散区FD1和晶体管TA1、TB1和TC1可以相对于单位像素PX1和PX2之间的边界与单位像素PX2的浮置扩散区FD2和晶体管TA2、TB2和TC2对称地布置。另外，在Y轴方向上彼此邻近或相邻的单位像素PX1和PX3中，单位像素PX1的浮置扩散区FD1的尺寸可以与单位像素PX3的浮置扩散区FD3的尺寸相同，并且单位像素PX1的晶体管TA1、TB1和TC1的尺寸可以与单位像素PX3的晶体管TA3、TB3和TC3的尺寸相同。单位像素PX1的浮置扩散区FD1和晶体管TA1、TB1和TC1可以相对于单位像素PX1和PX3之间的边界与单位像素PX3的浮置扩散区FD3和晶体管TA3、TB3和TC3对称地布置。在其余的单位像素中，在X轴方向或Y轴方向上的邻近或相邻的两个单位像素的多个元件也可以以与上述相同的方式彼此对称地布置。
由于单位像素被构造为具有在各个单位像素中具有相同尺寸并且在两个邻近或相邻的单位像素之间对称地布置的浮置扩散区以及晶体管，因此可以使像素单位偏差最小化并确保高质量的成像性能。
在单位像素PX1至PX6当中的四个邻近或相邻的单位像素PX1至PX4中，浮置扩散区FD1至FD4可以被定位为彼此尽可能靠近。例如，邻近或相邻的单位像素PX1至PX4的浮置扩散区FD1至FD4可以位于四个单位像素PX1至PX4的四个角部相遇的角部区域周围。因此，浮置扩散区FD1至FD4可以在角部区域中彼此相遇。浮置扩散区FD1至FD4可以通过金属线彼此电联接，从而形成单个公共节点。
根据本实施方式的图像感测装置可以在其中6个单位像素PX1至PX6以包括三行和两列的(3×2)结构的形式布置的像素组(PXG)中包括4共享像素结构。在4共享像素结构中，四个浮置扩散区FD1至FD4可以彼此共同联接以形成单个节点，并且分别与浮置扩散区FD1至FD4相对应的四个光电转换元件PD1至PD4可以共享共同联接至浮置扩散区FD1至FD4的单个节点。通过上述布局结构，能够使将浮置扩散区FD1至FD4互连的金属线的长度最小化。为了便于描述，彼此电连接并且共同地联接的上述四个浮置扩散(FD)区FD1至FD4在下文将称为公共浮置扩散(CFD)节点。
在单位像素PX1至PX6当中的其它四个单位像素PX3至PX6中，晶体管TB3至TB6可以布置为彼此尽可能靠近。晶体管TB3至TB6中的每个可以用作用于响应于复位信号来复位公共浮置扩散(CFD)节点的复位晶体管、用于输出与公共浮置扩散(CFD)节点的电压幅值相对应的信号的源极跟随器晶体管、或用于响应于增益控制信号来调整公共浮置扩散(CFD)节点的电容的增益开关元件中的任一个。例如，晶体管TB3可以用作复位晶体管，并且晶体管TB4和TB6可以用作源极跟随器晶体管。晶体管TB5可以用作增益开关元件。
在像素组(PXG)中，晶体管TA1至TA4可以用作传输晶体管，传输晶体管响应于传输(Tx)信号而向相应的浮置扩散区FD1至FD4传输从相应的光电转换元件PD1至PD4产生的光电荷。各个晶体管TC3至TC6可以用作选择晶体管，选择晶体管响应于行选择信号而向列线传输源极跟随器晶体管TB4和TB6的输出信号，或者也可以用作MOS电容器，MOS电容器响应于增益开关元件的开/关操作而选择性地联接(例如，串行连接或并行连接)至公共浮置扩散(CFD)节点。例如，晶体管TC3和晶体管TC5的源极区和漏极区可以通过金属线彼此电联接，使得所得的连接结构可以用作MOS晶体管。晶体管TC4和TC6可以用作选择晶体管。
如图2的虚线所示，光电转换元件PD1至PD4、浮置扩散区FD1至FD4以及晶体管TA1至TA4、TB3至TB6以及TC3至TC6可以实现4共享像素结构。
分别包含在单位像素PX1至PX6中的光电转换元件PD1至PD6中的每个可以形成在相应单位像素的基板的下区域(或下部)中。在一些实现中，为了提高光接收效率，光电转换元件PD1至PD6可以形成为占据对应的单位像素PX1至PX6中的基板的整个下区域。
尽管为了便于描述，图2例示了其中像素组(PXG)包括以(3×2)结构布置的单位像素PX1至PX6的示例性情况，但是其它实现也是可行的。例如，对于本领域技术人员显而易见的是，相同的布置方法也可以应用于以(2×3)结构形成的6个单位像素。
单位像素PX1和PX2可以与布置在单位像素PX1和PX2上方的单位像素形成其它的4共享像素。单位像素PX1的晶体管TC1和晶体管TB1可以用作其它的4共享像素中的MOS电容器和增益开关元件。在单位像素PX2中，晶体管TB2和晶体管TC2可以用作其它的4共享像素中的源极跟随器晶体管和选择晶体管。
单位像素PX5和PX6可以与布置在单位像素PX5和PX6下方的单位像素形成其它的4共享像素。单位像素PX5和PX6的晶体管TA5和TA6可以用作其它的4共享像素中的传输晶体管。
图3是例示基于所公开的技术的一些实现的图2所示的共享像素的等效电路图的示例。
参照图3，根据本实施方式的4共享像素可以包括光电转换元件PD1至PD4、浮置扩散区FD1至FD4、以及晶体管TA1至TA4、TB3至TB6以及TC3至TC6。
光电转换元件PD1至PD4中的每个可以执行入射光的光电转换，并且因此产生与入射光的量相对应的光电荷。光电转换元件PD1至PD4中的每个可以实现为光电二极管、光电晶体管、光栅、钉扎光电二极管或其组合。
晶体管TA1至TA4可以位于光电转换元件PD1至PD4与浮置扩散区FD1至FD4之间。在一些实现中，晶体管TA1可以位于光电转换元件PD1和浮置扩散区FD1之间，晶体管TA2可以位于光电转换元件PD2和浮置扩散区FD2之间，晶体管TA3可以位于光电转换元件PD3和浮置扩散区FD3之间，并且晶体管TA4可以位于光电转换元件PD4和浮置扩散区FD4之间。因此，每个晶体管TA1至TA4的一侧可以联接至同一单位像素中的光电转换元件PD1至PD4，并且每个晶体管TA1至TA4的另一侧可以联接至同一单位像素中的浮置扩散区FD1至FD4。晶体管TA1至TA4可以响应于施加至其栅极的传输信号TS1至TS4而导通或截止，使得晶体管TA1至TA4可以向相应的浮置扩散区FD1至FD4传输从光电转换元件PD1至PD4产生的光电荷。晶体管TA1至TA4中的每个可以用作传输晶体管。为了便于描述，晶体管TA1至TA4在下文中将称为传输晶体管。
浮置扩散区FD1至FD4可以通过导线彼此电连接并且共同联接，从而形成公共浮置扩散(CFD)节点。公共浮置扩散(CFD)节点可以被建模为浮置扩散区FD1至FD4彼此并联联接的单结电容器。公共浮置扩散(CFD)节点的电容可以由浮置扩散区FD1至FD4的电容之和表示。公共浮置扩散(CFD)节点可以通过传输晶体管TA1至TA4从光电转换元件PD1至PD4接收光电荷，并且可以临时存储所接收的光电荷。
晶体管TB3可以联接至公共浮置扩散(CFD)节点和电源电压(VDD)，并且可以响应于复位信号RS而复位公共浮置扩散(CFD)节点的电位。因此，晶体管TB3可以作为复位晶体管操作。为了便于描述，晶体管TB3在下文中将称为复位晶体管。
晶体管TB4和TB6可以联接至电源电压VDD以及晶体管TC4和TC6，并且晶体管TB4和TB6的栅极区可以联接至公共浮置扩散(CFD)节点，使得可以产生与公共浮置扩散(CFD)节点的电位相对应的信号并向晶体管TC4和TC6输出该信号。晶体管TB4和TB6中的每个可以作为源极跟随器晶体管操作，源极跟随器晶体管放大公共浮置扩散(CFD)节点的电位变化并且向晶体管TC4和TC6输出经放大的电位。为了便于描述，晶体管TB4和TB6中的每个在下文中将称为源极跟随器晶体管。
晶体管TC4和TC6可以联接至输出节点OUT以及源极跟随器晶体管TB4和TB6。晶体管TC4和TC6可以响应于施加到其栅极的行选择信号RSS而导通或截止，使得晶体管TC4和TC6可以向输出节点(OUT)输出源极跟随器TB4和TB6的输出信号。输出节点(OUT)可以联接至列线。晶体管TC4和TC6中的每个可以作为选择晶体管而操作。为了便于描述，晶体管TC4和TC6中的每个在下文中将称为选择晶体管。
根据本实施方式的选择晶体管TC4和TC6可以共同联接至单个输出节点(OUT)，并且可以通过其栅极区接收相同的行选择信号(RSS)，使得选择晶体管TC4和TC6可以作为具有相对大的沟道宽度的单个晶体管而操作，从而实现了共享像素的更高信号传输速率。
晶体管TC3和TC5中的每个可以作为其中源极区和漏极区彼此电联接的MOS电容器操作。为了便于描述，晶体管TC3和TC5中的每个在下文中将称为MOS电容器。MOS晶体管TC3和TC5可以联接至电源电压(VDD)和晶体管TB5。例如，在MOS晶体管TC3中，MOS晶体管TC3的栅极区可以联接至晶体管TB5，并且彼此共同联接的源极区和漏极区可以联接至电源电压(VDD)。在MOS晶体管TC5中，MOS晶体管TC5的栅极区可以联接至电源电压(VDD)，并且彼此共同联接的源极区和漏极区可以联接至晶体管TB5。
晶体管TB5可以联接至公共浮置扩散(CFD)节点和彼此并联联接的MOS晶体管TC3和TC5。晶体管TB5可以响应于增益控制信号GCS而导通或截止，使得晶体管TB5可以调整公共浮置扩散(CFD)节点的电容。可以从行解码器120接收增益控制信号GCS。为了便于描述，晶体管TB5在下文中将称为增益开关元件。
例如，如果增益开关元件TB5通过增益控制信号GCS而导通，则公共浮置扩散(CFD)节点的电容器和MOS电容器TC3和TC5可以串联联接在电源电压(VDD)和接地电压(ground)之间，导致总电容减小。
如上所述，根据本实施方式的图像感测装置可以使用6个邻近的单位像素PX1至PX6来构造4共享像素，4共享像素中所包含的晶体管当中的一些晶体管可以实现为MOS电容器，并且MOS电容器可以选择性地联接至浮置扩散节点，使得能够调整图像感测装置的转换增益。
图4是例示基于所公开的技术的一些实现的图2所示的共享像素的等效电路图的另一示例。
参照图4，MOS电容器TC3和TC5可以联接至接地电压和增益开关元件TB5。例如，在MOS晶体管TC3中，MOS晶体管TC3的栅极区可以联接至增益开关元件TB5，并且彼此共同联接的源极区和漏极区可以联接至接地电压。在MOS晶体管TC5中，MOS晶体管TC5的栅极区可以联接至接地电压，并且彼此共同联接的源极区和漏极区可以联接至增益开关元件TB5。
如果增益开关元件TB5通过增益控制信号GCS而导通，则公共浮置扩散(CFD)节点的电容器与MOS电容器TC3和TC5可以彼此并联联接，导致总电容增加。因此，能够基于增益开关元件TB5的开或关操作来调整图像感测装置的转换增益。
图4中除了联接至接地电压的MOS电容器TC3和TC5和增益开关元件TB5之外的其余组成元件可以与图3的相同，并且为了便于描述，在下文中将省略其详细描述。
图5是例示基于所公开的技术的一些实现的图2所示的共享像素的等效电路图的另一示例。
参照图5，选择晶体管TC4和TC6可以分别联接至不同的输出节点OUT1和OUT2，并且不同的行选择信号RSS1和RSS2可以分别施加到选择晶体管TC4和TC6的栅极区。
而图3中所示的选择晶体管TC4和TC6共同联接至单个输出节点(OUT)，并且响应于相同的行选择信号RSS而导通或截止，图5中所示的其它选择晶体管TC4和TC6可以联接至不同的输出节点OUT1和OUT2，并且可以响应于不同的行选择信号RSS1和RSS2而导通或截止。通过上述结构，选择晶体管TC4和TC6可以彼此独立地产生输出信号。
在向列线输出与公共浮置扩散(CFD)节点的电位变化相对应的信号之后，可以将列线复位以在后续时间段中接收与公共浮置扩散(CFD)节点的电位变化相对应的信号。在一些实现中，复位列线所需的持续时间可以比在共享像素内创建和传送光电荷所需的时间相对更长。因此，由于复位列线所需的持续时间，共享像素的操作时间可能不可避免地增加，使得图像感测装置可能难以进行高速操作。
然而，如图5所示，如果以选择晶体管TC4和TC6的输出信号通过不同的输出节点OUT1和OUT2交替输出的方式独立地控制选择晶体管TC4和TC6，则共享像素能够高速操作，而与列线的复位时间无关。
图5中除了联接至不同的输出节点OUT1和OUT2的选择晶体管TC4和TC6以及联接至不同行选择信号RSS1和RSS2的栅极区之外的其余组成元件可以与图3相同，因此，为了便于描述，在下文中将省略其详细描述。
图6是例示基于所公开的技术的一些实现的图2所示的共享像素的等效电路图的又一示例。
参照图6，MOS电容器TC3和TC5可以联接至接地电压和增益开关元件TB5。选择晶体管TC4和TC6可以联接至不同的输出节点OUT1和OUT2，并且不同的行选择信号RSS1和RSS2可以施加至选择晶体管TC4和TC6的栅极区。
如图4所示，根据本实施方式的MOS电容器TC3和TC5可以基于增益开关元件TB5的导通或截止操作而选择性地并联联接至公共浮置扩散(CFD)节点的电容器。另外，如图5所示，选择晶体管TC4和TC6的输出信号可以通过不同的输出节点OUT1和OUT2交替输出。
从上面描述显而易见的是，根据所公开的技术的实施方式的图像感测装置能够调整转换增益，同时使像素之间的特性偏差最小化，从而改善了图像感测装置的操作特性。
尽管已经描述了大量示例性实施方式，但是应当理解，本领域技术人员可以设计出落入本公开原理的精神和范围内的许多其它变型和实施方式。具体地，在本公开、附图和所附权利要求的范围内的组成部件和/或布置中可以进行大量变型和修改。除了组成部件和/或布置的变型和修改之外，替代使用对本领域技术人员也是显而易见的。
相关申请的交叉引用
本专利文档要求于2019年10月29日提交的韩国专利申请No.10-2019-0135470的优先权和权益，其全部内容作为本专利文档的公开内容的一部分通过引用合并于此。

Claims (20)

1.一种图像感测装置，该图像感测装置包括：
多个单位像素，所述多个单位像素布置为在第一方向和垂直于所述第一方向的第二方向上的单位像素阵列；以及
器件隔离结构，其中，所述多个单位像素中的每个单位像素设置在与相邻单位像素隔离的区域中并且包括位于所述区域中的单个光电转换元件、单个浮置扩散区以及至少三个晶体管。
2.根据权利要求1所述的图像感测装置，其中，所述至少三个晶体管包括：
第一晶体管，所述第一晶体管位于在所述第一方向上与所述浮置扩散区相邻；
第二晶体管，所述第二晶体管位于在所述第二方向上与所述浮置扩散区相邻；以及
第三晶体管，所述第三晶体管位于在所述第一方向上与所述第二晶体管相邻。
3.根据权利要求2所述的图像感测装置，其中，所述第一晶体管包括：
传输晶体管，所述传输晶体管被配置为响应于传输信号而向所述浮置扩散区传输从所述光电转换元件产生的光电荷。
4.根据权利要求1所述的图像感测装置，其中，所述多个单位像素包括：
像素组，所述像素组包括第一单位像素至第六单位像素，其中，所述第一单位像素和所述第二单位像素在第一行中彼此相邻布置，所述第三单位像素和所述第四单位像素在第二行中彼此相邻布置，并且所述第五单位像素和所述第六单位像素在第三行中彼此相邻布置，并且
其中，所述第一单位像素至所述第四单位像素的所述浮置扩散区电互连以形成公共浮置扩散节点。
5.根据权利要求4所述的图像感测装置，其中，所述第三单位像素和所述第五单位像素中的每个的所述至少三个晶体管包括第一晶体管，所述第一晶体管被配置成具有彼此电联接的源极区和漏极区的MOS电容器。
6.根据权利要求5所述的图像感测装置，其中，所述第三单位像素和所述第五单位像素的所述第一晶体管并联联接在电源和所述第五单位像素的第二晶体管之间，所述第五单位像素的所述第二晶体管被配置为响应于增益控制信号而导通或截止。
7.根据权利要求5所述的图像感测装置，其中，所述第三单位像素和所述第五单位像素的所述第一晶体管并联联接在接地电压和所述第五单位像素的第二晶体管之间，所述第五单位像素的所述第二晶体管被配置为响应于增益控制信号而导通或截止。
8.根据权利要求4所述的图像感测装置，其中，所述第四单位像素和所述第六单位像素中的每个的所述至少三个晶体管包括：
源极跟随器晶体管，所述源极跟随器晶体管被配置为输出与所述公共浮置扩散节点的电位相对应的信号；以及
选择晶体管，所述选择晶体管被配置为响应于行选择信号而向输出节点输出从所述源极跟随器晶体管接收的信号。
9.根据权利要求8所述的图像感测装置，其中，所述第四单位像素的选择晶体管和所述第六单位像素的选择晶体管共同联接至所述输出节点。
10.根据权利要求8所述的图像感测装置，其中，所述第四单位像素的选择晶体管和所述第六单位像素的选择晶体管联接至不同的输出节点。
11.根据权利要求1所述的图像感测装置，其中，所述多个单位像素包括第一单位像素至第六单位像素，
其中，所述第一单位像素和所述第二单位像素在第一行中彼此相邻布置，所述第三单位像素和所述第四单位像素在第二行中彼此相邻布置，并且所述第五单位像素和所述第六单位像素在第三行中彼此相邻布置，并且
其中，所述光电转换元件、所述浮置扩散区和所述至少三个晶体管相对于所述第一单位像素至所述第六单位像素中在所述第一方向或在所述第二方向上彼此相邻布置的任何两个单位像素之间的边界对称地布置。
12.根据权利要求1所述的图像感测装置，其中，所述多个单位像素包括第一单位像素至第六单位像素，
其中，所述第一单位像素和所述第二单位像素在第一行中彼此相邻布置，所述第三单位像素和所述第四单位像素在第二行中彼此相邻布置，并且所述第五单位像素和所述第六单位像素在第三行中彼此相邻布置，并且
其中，在所述第二方向上布置的所述第一单位像素、所述第三单位像素和所述第五单位像素中的每个的所述至少三个晶体管包括第一晶体管，所述第一晶体管被配置成具有彼此电联接的源极区和漏极区的MOS电容器。
13.一种图像感测装置，该图像感测装置包括：
像素组，所述像素组包括第一单位像素至第六单位像素，使得所述第一单位像素和所述第二单位像素在第一行中彼此相邻布置，所述第三单位像素和所述第四单位像素在第二行中彼此相邻布置，并且所述第五单位像素和所述第六单位像素在第三行中彼此相邻布置，
其中，所述第一单位像素至所述第六单位像素中的每个包括光电转换元件和浮置扩散区，
所述第一单位像素至所述第四单位像素的浮置扩散区彼此电互连以形成公共浮置扩散节点，并且
所述第三单位像素至所述第六单位像素当中的一些单位像素包括第一晶体管，每个第一晶体管被配置成具有彼此电联接的源极区和漏极区的MOS电容器，
其中，所述一些单位像素中的任何一个包括第二晶体管，所述第二晶体管被配置为将所述MOS电容器选择性地连接到所述公共浮置扩散节点。
14.根据权利要求13所述的图像感测装置，其中，所述一些单位像素的MOS电容器并联联接在电源电压和所述第二晶体管之间。
15.根据权利要求13所述的图像感测装置，其中，所述一些单位像素的MOS电容器并联联接在接地电压与所述第二晶体管之间。
16.根据权利要求13所述的图像感测装置，其中，所述第三单位像素至所述第六单位像素当中的除所述一些单位像素以外的其余单位像素包括：
源极跟随器晶体管，所述源极跟随器晶体管被配置为输出与所述公共浮置扩散节点的电位相对应的信号；以及
选择晶体管，所述选择晶体管被配置为响应于行选择信号而向输出节点输出从所述源极跟随器晶体管接收的信号。
17.根据权利要求16所述的图像感测装置，其中，所述其余单位像素的所述选择晶体管共同联接至所述输出节点。
18.根据权利要求16所述的图像感测装置，其中，所述其余单位像素的所述选择晶体管联接至不同的输出节点。
19.一种图像感测装置，该图像感测装置包括：
第一单位像素至第四单位像素，所述第一单位像素至所述第四单位像素在第一方向和垂直于所述第一方向的第二方向上彼此相邻布置，所述第一单位像素至所述第四单位像素中的每个包括光电转换元件和浮置扩散区，
其中，所述第一单位像素至所述第四单位像素的所述浮置扩散区电互连并且共同互连以形成公共浮置扩散节点，并且
所述第一单位像素至所述第四单位像素当中的单位像素包括第一晶体管，每个所述第一晶体管被配置成具有彼此电联接的源极区和漏极区的MOS电容器。
20.根据权利要求19所述的图像感测装置，该图像感测装置还包括：第五单位像素，所述第五单位像素包括被配置成具有彼此电联接的源极区和漏极区的MOS电容器的第二晶体管，
其中，所述单位像素中的第一单位像素和第三单位像素以及第五单位像素在同一列中依次布置，并且
其中，所述第五单位像素还包括第三晶体管，所述第三晶体管被配置为响应于增益控制信号而将所述第三单位像素的所述MOS电容器和所述第五单位像素的所述MOS电容器选择性地连接到所述公共浮置扩散节点。
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