CN117525098A - 基于高分辨夜视的复合介质栅光敏探测器及其工作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于高分辨夜视的复合介质栅光敏探测器及其工作方法。其探测器的单元包括感光二极管PPD、传输晶体管VTX、复位晶体管RST及高灵敏度读出晶体管SEL，每个探测单元都形成在同一P型半导体衬底上方；高灵敏度读出晶体管SEL用以实现信号的放大和读取；传输晶体管VTX的源极与感光二极管PPD的阴极连接，其漏极与复位晶体管RST的源极连接，复位晶体管RST的源极还与高灵敏度读出晶体管SEL的浮栅相连，高灵敏度读出晶体管SEL的源极作为单元的输出端与读出量化电路连接。本发明的灵敏度可以达到单光子探测的要求，能实现亚微米像元内高增益信号响应与放大。
Description
技术领域
本发明涉及成像探测器件，尤其是红外、可见光波段至紫外波段的成像探测器件的结构、工作机制，具体涉及一种基于高分辨夜视的复合介质栅光敏探测器及其工作方法。
背景技术
数字化夜视成像技术是在低照度条件下，将不可见辐射加以转换或将微弱的夜天光进行增强，以实现人眼夜间隐蔽观察的一种成像技术，在夜间侦查瞄准、辅助驾驶、导航制导等现代军事应用中发挥着重要作用。为了确保“单向透明”，充分发挥“拥有黑夜”的技术优势，世界军事强国都投入大量人力、物力开展先进夜视成像技术研究。
夜视装备战术性能的提升主要依赖于核心夜视器件和信号处理技术的进步和发展，传统上，CCD是占据主导地位的成像技术。但随着CMOS技术的快速发展，使得CMOS图像传感器(CMOS image sensor，CIS)技术在诸多领域得到广泛应用，如PC相机、移动电话、高端数码相机等领域，此外随着技术的迭代优化，在某些性能方面可以与CCD相媲美，其已经成为CCD的可替代产品。探测灵敏度(光通量)和空间分辨率(像元大小)是夜视装备的核心指标，且又相互制约。受限于器件固有的热噪声和光学系统的衍射极限，夜视器件的探测灵敏度和空间分辨率已接近物理极限。而未来的军事应用要求夜视成像系统能同时实现高灵敏度和高分辨率成像，而传统光电成像技术继续发展已遇到瓶颈，难以满足上述挑战性的需求。因此，高灵敏度和高分辨率夜视成像一直是夜视技术发展所面临的重要挑战。
当前数字化夜视成像技术基于大像元大靶面探测器件，不具备10-3Lux以下照度环境的高分辨成像能力，导致单兵班组夜视侦察感知装备无法兼顾大视场、远距离和轻量化设计，部队的实际作战需求长期得不到满足，现有装备与美国最新夜视成像装备存在代差，亟需发展小像元高分辨夜视探测成像技术。
发明内容
本发明的目的是提出一种同时兼顾空间分辨率和维持高探测灵敏度的复合介质栅光敏探测器。本发明的另外一个目的是提供上述光敏探测器的工作方法。
本发明探测器采用的技术方案如下：
基于高分辨夜视的复合介质栅光敏探测器，所述光敏探测器的单元包括感光二极管PPD、传输晶体管VTX、复位晶体管RST及高灵敏度读出晶体管SEL，每个探测单元都形成在同一P型半导体衬底上方；所述高灵敏度读出晶体管SEL包括复合介质栅结构、源极以及漏极，用以实现信号的放大和读取，复合介质栅结构包括介质层、浮栅和控制栅；所述传输晶体管VTX和复位晶体管RST的结构均包括衬底上方的介质层、栅极、源极和漏极；所述感光二极管PPD由传输晶体管VTX源极下方的n型阱组成；所述传输晶体管VTX的源极与感光二极管PPD的阴极连接，其漏极与复位晶体管RST的源极连接，复位晶体管RST的源极还与所述高灵敏度读出晶体管SEL的浮栅相连，所述高灵敏度读出晶体管SEL的源极作为单元的输出端与读出量化电路连接。
进一步地，所述高灵敏度读出晶体管SEL的结构为：在所述P型半导体衬底上方自下而上包括底层介质层、浮栅、顶层介质层和控制栅极，顶层介质层和控制栅极面积小于底层介质层和浮栅的面积；其中，底层介质层、浮栅、顶层介质层和控制栅极构成的复合介质栅结构作为第一浮栅结构，除去复合介质栅结构的底层介质层和浮栅构成第二浮栅结构。
进一步地，所述高灵敏度读出晶体管SEL的P型衬底通过离子注入掺杂形成P型区域。
进一步地，在所述高灵敏度读出晶体管SEL的P型半导体衬底下方设有导电层，用于传递衬底电压。
进一步地，所述导电层为掺杂的P型单晶硅或多晶硅，或者为金属材料。
进一步地，在所述导电层下方设置高介电常数层，增大栅氧电容以减小噪声。
进一步地，由多个探测单元构成的阵列中，所有探测单元的传输晶体管VTX栅极互连，形成字线WL1；每一行探测单元的复位晶体管RST栅极互连，形成字线WL2X；每一行探测单元的高灵敏度读出晶体管SEL的栅极互连，形成字线WL3X；每一列探测单元的高灵敏度读出晶体管SEL的源极互连，形成源线SLX；每一列探测单元的高灵敏度读出晶体管SEL的漏极互连，形成漏线BLX，其中，X＝0、1、2、3···n。
本发明还提供上述基于高分辨夜视的复合介质栅光敏探测器的工作方法，包括如下步骤：
步骤1，光电子收集：当感光二极管PPD受到光照时，加一个反向偏置电压，饱和反向漏电流大大增加，形成光电流，它随入射光强度的变化而变化，在P型衬底上形成耗尽区以收集光电子；关闭传输晶体管VTX；高灵敏度读出晶体管SEL的源极和漏极接地；
步骤2，光电子的转移和存储：在传输晶体管VTX的栅极上加一个正偏压，使感光二极管PPD的耗尽区中收集的光电子完全转移到传输晶体管VTX的耗尽区中；光电子转移完成后，在传输晶体管VTX的栅极上加与衬底相同的负偏压，这时感光二极管PPD中不再存在耗尽区，也不收集光电子；
步骤3，光电子读取：为了便于描述，将复位晶体管RST的源极与传输晶体管VTX的漏极相连接的节点记为浮置扩散节点FD，由光电效应可知，感光二极管PPD产生的电流信号强度与入射光强度成正比；控制栅极加斜坡电压，P型衬底产生耗尽区，将高灵敏度读出晶体管SEL的源极接地，其漏极接合适的正偏压，电流信号流入浮置扩散节点FD转变成电压信号，进而改变浮栅电势，最终改变高灵敏度读出晶体管SEL浮栅结构的阈值，后续读出电路对阈值进行量化，得到灰度值；
步骤4，复位：同时接通复位晶体管RST和传输晶体管VTX，浮置扩散节点FD的静电势φFD、传输晶体管VTX的静电势φTG和感光二极管PPD中的静电势φPPD必须满足条件φFD>φTG>φPPD，高灵敏度读出晶体管SEL的源极和漏极接地，当复位晶体管RST开启后，清空感光二极管PPD中收集的所有剩余电子，从而实现复位过程。
本发明通过将浮置扩散节点改为高灵敏度读出晶体管的浮栅，同时将复合介质栅MOSFET变成同时具有电荷搜集、光电子测量和选址功能、用于成像用的光电子存储层、由单一晶体管(开关型晶体管)构成的一个高灵敏度读出晶体管SEL，基于标准硅基工艺流程，使灵敏度达到单光子探测的要求，实现亚微米像元内高增益信号响应与放大，如增加顶层介质层厚度大于10nm，且减小整个复合介质栅的尺寸小于500nm，可以使得复合介质栅的电容小于0.15fF，该条件下电荷到电压的转换增益，即灵敏度，可以大于1mV/e-，为传统方案的4倍。
附图说明
图1为本发明光敏探测器单元的电路图；
图2为高灵敏度读出晶体管的结构示意图；
图3为传输晶体管的结构示意图；
图4为图2中电容结构；
图5为光敏探测器工作时各端口的电压时序图；
图6为高灵敏度读出晶体管读取时电子和空穴的分布示意图；
图7为光敏探测器的阵列结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方案做进一步地详细描述。
图1为光敏探测器像素单元结构。参照图1，像素单元结构包括：感光二极管PPD、传输晶体管VTX、复位晶体管RST及高灵敏度读出晶体管SEL。每个探测单元都形成在同一P型半导体衬底上方。高灵敏度读出晶体管SEL包括复合介质栅结构、源极以及漏极，该复合介质栅结构包括衬底上方的介质层、浮栅和控制栅，传输晶体管VTX和复位晶体管RST包括衬底上方的介质层、栅极、源极和漏极。高灵敏度读出晶体管SEL用以实现信号的读取，其中，传输晶体管VTX的栅极适于接入传输控制信号UVTX，源极与感光二极管PPD的阴极连接，漏极与复位晶体管RST的源极连接。复位晶体管RST的栅极适于接入复位控制信号URST，漏极连接电源电压。高灵敏度读出晶体管SEL的浮栅部分与复位晶体管RST的源极连接，控制栅极适于接入行选通信号USEL，源极作为所述像素结构的输出端与读出量化电路连接。
图2示意性地展示复合介质栅结构的高灵敏度读出晶体管SEL，在P型衬底205上方的两侧设有N型半导体区构成源极207和漏极206，基底正上方自下而上包括底层介质层204、浮栅203、顶层介质层202和控制栅极201，顶层介质层202和控制栅极201面积小于底层介质层204和浮栅203的面积；其中，底层介质层204、浮栅203、顶层介质层202和控制栅极201构成的复合介质栅结构作为第一浮栅结构208，除去复合介质栅结构的底层介质层204和浮栅203构成第二浮栅结构209。所述浮栅203是多晶硅或其它电子导体或半导体；控制栅极201是多晶硅、金属或透明导电电极。高灵敏度读出晶体管SEL的P型衬底通过离子注入掺杂形成P型区域，形成口袋注入，防止源漏穿通。
与控制栅极201接触的顶层介质层202可以是SiO2、SiO2/Si3N4、SiO2/Si3N4/SiO2，复合结构或high-k(高介电常数)介质(如HfO2，Al2O3，ZrO2，Y2O3，BaTiO3，BaZrO3，ZrSiO4，Ta2O3等)1-5nm(等效SiO2厚度)，也可以是宽带半导体，其目的是阻止浮栅203中存储的电荷流失到控制栅极201上。P型衬底205接触的底层介质层204可以为SiO2、SiON或宽带半导体，介质层厚度小于10纳米。在控制栅极201加低压时(≤5V)，底层介质层204能有效将浮栅203和源极207和漏极206之间的沟道隔离开来；第二浮栅结构209的浮栅203与复位晶体管RST的源极、传输晶体管VTX的漏极相连接形成浮置扩散节点FD，可以把搜集的光电子流入浮置扩散节点FD存储，在搜集光电子和转移光电子到浮置扩散节点FD时应保证源极207和漏极206均为悬空结构(即不加压)。所述底层介质层204与所述P型衬底205紧挨，浮栅203和底层介质层204紧挨，第一浮栅结构208和顶层介质层202紧挨，第二浮栅结构209与复位晶体管RST的源极相连，控制栅201位于顶层介质层202中，与顶层介质层202紧挨。
高灵敏度读出晶体管SEL的P型半导体衬底下方可以设有导电层，用于传递衬底电压。优选地，导电层为掺杂的P型单晶硅或多晶硅或者为金属材料。在导电层下方还可以设置高介电常数层，增大栅氧电容以减小噪声。
图3示意性地展示传输晶体管VTX和感光二极管PPD，在P型衬底305上方的两侧设有N型半导体区构成源极303和漏极304，源极下方的n-well构成感光二极管PPD，基底正上方自下而上包括介质层302和栅极301，栅极301是多晶硅、金属或透明导电电极。复位晶体管RST结构与传输晶体管VTX相似，也包括源极、漏极、介质层和栅极，区别在于没有n-well。
本发明利用复合介质栅的工作原理，将第一浮栅结构即复合介质栅MOSFET变成同时具有电荷搜集、光电子测量和选址功能、用于成像用的光电子存储层、由单一晶体管f开关型晶体管)构成的一个高灵敏度读出晶体管SEL，并与其他三个晶体管构成探测器；即构成基于高分辨夜视的复合介质栅光敏探测器。
基于高灵敏度读出晶体管SEL，所述探测器的光电子读出放大的步骤是：
光电子读出放大：将高灵敏度读出晶体管SEL的源极和衬底接地，漏极接合适正电压约0.1V，通过调节栅极电压约1～3V使MOSFET工作在线性区；
当光敏探测器被曝光后，光电子通过传输晶体管VTX进入高灵敏度读出晶体管SEL的浮置扩散节点FD，完成电荷存储。浮置扩散节点FD在存入光电子后复合介质栅MOSFET的漏极电流和阈值电压将发生变化。
第一种读出方式：控制栅上加一高于阈值电压的偏压，通过对输出漏极电流的直接测量，即测量曝光前后漏极电流的两个值进行比较来确定光信号的大小，图4展示了复合介质栅结构的高灵敏度读出晶体管电容结构，得到漏极的电流变化量与搜集到的光电子数目的关系如下：
其中ΔIDS为MOSFET曝光前-曝光后漏极电流变化量，NFG为浮栅上存储的光电子数目，CT为探测器光电子存储层的总等效电容，Cox为光电子存储层和衬底之间栅氧化层的单位面积电容，Cono为浮栅和控制栅极之间栅氧化层的单位面积电容，W和L分别为MOSFET沟道的宽度和长度，μn为电子迁移率，VDS为漏极与栅极的电压差，q为单个电子电荷量。
第二种读出方式：在控制栅极上加从小到大的斜坡电压，浮置扩散节点FD在存入光电子后复合介质栅MOSFET的漏极电流和阈值电压将发生变化。同时计数器Counter开始计数，当控制栅极电压等于像素单元的阈值电压时，计数器停止计数，计数器的值就等于像素单元的阈值电压，也就等于光信号的强度，最终实现成像。对于浮栅器件，阈值电压的改变量ΔVT可以表示为：
其中ΔVT为阈值电压的变化，为MOSFET曝光前-曝光后浮栅电流变化量。通过对曝光前后阈值电压的变化量测量可推定光电子存储层中光电子数目，公式如下：
发明可以通过改变控制栅极斜坡电压的斜率和电压范围来调节系统的分辨率和光敏感区间，有效提高电荷到电压的转换增益。
灵敏度S可以表示为：
其中VSEL为MOSFET控制栅极电压，ε为介电常数，S为电容极板的正对面积，d为电容极板的距离，即顶层介质层厚度，k为静电常量。
已知浮栅输入电压噪声可以表示为：
其中，K′为噪声系数，f为电压频率。光电子存储层中的电荷量Q可由栅极电压表示：
(VCG-VFG)·Cono＝Q+(VFG-VST)·COX (7)
其中VCG为控制栅电压，VFG为浮栅电压，VST为耗尽区沟道电压。由公式(7)可知，光电子存储层中的电荷变化量可由栅极电压变化量表示：
由公式(8)可得到浮栅输入电压到信号电荷的传递函数H(S)：
由公式(6)和(9)可以得到浮栅输入电压功率谱Se：
由公式(10)对1Hz～100kHz频率积分且求方差可以将浮栅输入电压噪声量化为电子数NQ：
如采用第二种读出方式，由公式(4)和(5)可知，增加顶层介质层104厚度大于10nm，且减小复合介质栅的尺寸小于500nm，可以使得复合介质栅的电容Cono小于0.15fF，由公式(11)可知，当Cono＜＜Cox，MOSFET沟道的宽度和长度为0.1-0.13μm时，NQ＝0.24，满足器件探测单光电子的条件，该条件下电荷到电压的转换增益，即灵敏度，可以大于1mV/e-，为传统方案的4倍。
在光电子的搜集过程中，会因为曝光前后电子迁移率的漂移而使读出的光电子的数目有误差。因此为了补偿由浮置扩散节点FD到控制栅极的电容耦合引起的输出电压偏移，能够将搜集到的光电子数目准确的读出，本实施例采用了曝光前后分别进行两次读取的方法，从而最大限度地降低该过程中所有低频噪声对信号的影响。
本发明的另外一个目的是提供基于高分辨夜视的复合介质栅光敏探测器的工作方法，各端口电压时序如图5所示，具体说明如下：
步骤1，光电子收集：当感光二极管受到光照时，加一个反向偏置电压(将UPPD施加到感光二极管PPD)，如果光子能量高于Si半导体的能隙(1.12eV)，光子被Si半导体吸收并激发一个电子空穴对，饱和反向漏电流大大增加，形成光电流，它随入射光强度的变化而变化，在P型衬底上形成耗尽区以收集光电子；关闭传输晶体管(将UVTX施加到传输晶体管VTX)；高灵敏度读出晶体管的源极和漏极接地。
步骤2，光电子的转移和存储：浮置扩散节点FD保持在复位模式，在传输晶体管的栅极上加一个正偏压(将UVTX施加到VTX)，使感光二极管的耗尽区中收集的光电子完全转移到传输晶体管的耗尽区中；光电子转移完成后，在传输晶体管VTX的栅极上加与衬底相同的负偏压(将UVTX施加到VTX)，这时感光二极管PPD中不再存在耗尽区，也不收集光电子。光电子在栅氧电场的作用下电子进入浮置扩散节点FD，完成电荷存储。
步骤3，光电子读取：由光电效应可知，感光二极管产生的电流信号强度与入射光强度成正比。图6为读取阶段复合介质栅结构状态说明。控制栅极501开始加斜坡电压(将USEL施加到SEL)，直至此时P型衬底503也产生耗尽区，将源极504接地，漏极505接合适的正偏压，电流信号流入浮置扩散节点FD转变成电压信号，进而改变浮栅电势，最终改变复合介质栅MOSFET部分的阈值，有效提高了电荷到电压的转换效率，后续读出电路对阈值进行量化，得到灰度值。如果要执行相关双采样操作，浮置扩散节点FD由复位晶体管RST复位，读出复位像素输出信号，并将其保存在位于源极和漏极之间的等效电容CDS级输入端的电容器中的某处。接下来，VTX开启，收集的电荷从PPD转移到FD，读出曝光像素输出信号。两信号相减量化，得到灰度值，从而最大限度地降低该过程中所有低频噪声对信号的影响。
步骤4，复位：同时接通复位晶体管RST和传输晶体管VTX，浮置扩散节点FD、传输晶体管VTX和感光二极管PPD中的静电势必须满足条件φFD>φTG>φPPD(将URST施加到RST，将UVTX施加到VTX)，高灵敏度读出晶体管的源极和漏极接地，当复位晶体管RST开启后，首先清空PPD中收集的所有剩余电子，累积的电子从VTX-PPD界面区域漂移到FD中，导致跨越PPD的电荷梯度，并且电子将开始从远离VTX的具有较高电子浓度的区域扩散到VTX附近的较低电子浓度区域，PPD内不可能有任何进一步的电势增加，从而实现复位过程。图7示意性地展示了上述光敏探测器的结构形成的探测器阵列。所有探测单元的传输晶体管VTX栅极互连，形成字线WL1；每一行探测单元的复位晶体管栅极互连，形成字线WL2X；每一行探测单元的高灵敏度读出晶体管的栅极互连，形成字线WL3X；每一列探测单元的高灵敏度读出晶体管的源极互连，形成源线SLX；每一列探测单元的高灵敏度读出晶体管的漏极互连，形成漏线BLX，其中，X＝0、1、2、3···n。
本发明通过将传统CIS浮置扩散节点FD改为高灵敏度读出晶体管的浮栅，同时将复合介质栅MOSFET变成同时具有电荷搜集、光电子测量和选址功能、用于成像用的光电子存储层、由单一晶体管(开关型晶体管)构成的一个高灵敏度读出晶体管SEL，基于标准硅基工艺流程，使灵敏度达到单光子探测的要求，实现亚微米像元内高增益信号响应与放大，如增加顶层介质层104厚度大于10nm，且减小复合介质栅的尺寸小于500nm，可以使得复合介质栅的电容小于0.15fF，该条件下电荷到电压的转换增益，即灵敏度，可以大于1mV/e-，为传统方案的4倍。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之中。
Claims (8)
1.基于高分辨夜视的复合介质栅光敏探测器，其特征在于，所述光敏探测器的单元包括感光二极管PPD、传输晶体管VTX、复位晶体管RST及高灵敏度读出晶体管SEL，每个探测单元都形成在同一P型半导体衬底上方；所述高灵敏度读出晶体管SEL包括复合介质栅结构、源极以及漏极，用以实现信号的放大和读取，复合介质栅结构包括介质层、浮栅和控制栅；所述传输晶体管VTX和复位晶体管RST的结构均包括衬底上方的介质层、栅极、源极和漏极；所述感光二极管PPD由传输晶体管VTX源极下方的n型阱组成；所述传输晶体管VTX的源极与感光二极管PPD的阴极连接，其漏极与复位晶体管RST的源极连接，复位晶体管RST的源极还与所述高灵敏度读出晶体管SEL的浮栅相连，所述高灵敏度读出晶体管SEL的源极作为单元的输出端与读出量化电路连接。
2.根据权利要求1所述的基于高分辨夜视的复合介质栅光敏探测器，其特征在于，所述高灵敏度读出晶体管SEL的结构为：在所述P型半导体衬底上方自下而上包括底层介质层、浮栅、顶层介质层和控制栅极，顶层介质层和控制栅极面积小于底层介质层和浮栅的面积；其中，底层介质层、浮栅、顶层介质层和控制栅极构成的复合介质栅结构作为第一浮栅结构，除去复合介质栅结构的底层介质层和浮栅构成第二浮栅结构。
3.根据权利要求2所述的基于高分辨夜视的复合介质栅光敏探测器，其特征在于，所述高灵敏度读出晶体管SEL的P型衬底通过离子注入掺杂形成P型区域。
4.根据权利要求2所述的基于高分辨夜视的复合介质栅光敏探测器，其特征在于，在所述高灵敏度读出晶体管SEL的P型半导体衬底下方设有导电层，用于传递衬底电压。
5.根据权利要求4所述的基于高分辨夜视的复合介质栅光敏探测器，其特征在于，所述导电层为掺杂的P型单晶硅或多晶硅，或者为金属材料。
6.根据权利要求4或5所述的基于高分辨夜视的复合介质栅光敏探测器，其特征在于，在所述导电层下方设置高介电常数层，增大栅氧电容以减小噪声。
7.根据权利要求1所述的基于高分辨夜视的复合介质栅光敏探测器，其特征在于，由多个探测单元构成的阵列中，所有探测单元的传输晶体管VTX栅极互连，形成字线WL1；每一行探测单元的复位晶体管RST栅极互连，形成字线WL2X；每一行探测单元的高灵敏度读出晶体管SEL的栅极互连，形成字线WL3X；每一列探测单元的高灵敏度读出晶体管SEL的源极互连，形成源线SLX；每一列探测单元的高灵敏度读出晶体管SEL的漏极互连，形成漏线BLX，其中，X＝0、1、2、3···n。
8.如权利要求1所述的基于高分辨夜视的复合介质栅光敏探测器的工作方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1，光电子收集：当感光二极管PPD受到光照时，加一个反向偏置电压，饱和反向漏电流大大增加，形成光电流，它随入射光强度的变化而变化，在P型衬底上形成耗尽区以收集光电子；关闭传输晶体管VTX；高灵敏度读出晶体管SEL的源极和漏极接地；
步骤2，光电子的转移和存储：在传输晶体管VTX的栅极上加一个正偏压，使感光二极管PPD的耗尽区中收集的光电子完全转移到传输晶体管VTX的耗尽区中；光电子转移完成后，在传输晶体管VTX的栅极上加与衬底相同的负偏压，这时感光二极管PPD中不再存在耗尽区，也不收集光电子；
步骤3，光电子读取：为了便于描述，将复位晶体管RST的源极与传输晶体管VTX的漏极相连接的节点记为浮置扩散节点FD，由光电效应可知，感光二极管PPD产生的电流信号强度与入射光强度成正比；控制栅极加斜坡电压，P型衬底产生耗尽区，将高灵敏度读出晶体管SEL的源极接地，其漏极接合适的正偏压，电流信号流入浮置扩散节点FD转变成电压信号，进而改变浮栅电势，最终改变高灵敏度读出晶体管SEL浮栅结构的阈值，后续读出电路对阈值进行量化，得到灰度值；
步骤4，复位：同时接通复位晶体管RST和传输晶体管VTX，浮置扩散节点FD的静电势φFD、传输晶体管VTX的静电势φTG和感光二极管PPD中的静电势φPPD必须满足条件φFD>φTG>φPPD，高灵敏度读出晶体管SEL的源极和漏极接地，当复位晶体管RST开启后，清空感光二极管PPD中收集的所有剩余电子，从而实现复位过程。
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