CN1738358A - 放大型固态图像摄取装置 - Google Patents
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Abstract
这种放大型固态图像摄取装置包括像素部(10)和控制装置(15)。所述控制装置(15)在将信号电荷积累到光电二极管(1)中的电荷积累操作期间内，多次反复进行第一控制和第二控制，所述第一控制用于将传送晶体管(2)的栅极电压控制在没有将所述信号电荷从光电二极管(1)传送到电荷检测部(FD)的第一栅极电压上，所述第二控制用于将传送晶体管(2)的栅极电压控制在比起所述第一栅极电压更难以将所述信号电荷向电荷检测部(FD)移动的第二栅极电压上。
Description
技术领域
本发明涉及一种在像素部上具有放大装置(放大电路)的放大型固态图像摄取装置。更具体而言，本发明涉及一种放大型固态图像摄取装置，其包括多个具有光电变换元件和传送该光电变换元件的信号电荷的传送晶体管的像素，分别放大来自于所述各个像素的信号，并读出到输出信号线上。
背景技术
一般而言，作为放大型固态图像摄取装置，具有保持放大功能的像素部和设置在该像素部外围的扫描电路、并且普遍是通过该扫描电路从像素部读出像素数据。
具体来讲，作为放大型固态图像摄取装置，已知的一种由有利于使像素部与外围的驱动电路及信号处理电路整体化而有利地用CMOS(ComplementaryMetal Oxide Semiconductors，互补金属氧化物半导体)构成的APS(Active PixelSensor，有源像素传感器)型图像传感器，特别是，采用一个光电二极管(PD)和4个MOS型晶体管(Tr)、作为PD+4Tr方式的APS型图像传感器是已知的(例如，参照井上(I.Inoue)等人的IEEE国际电子器件集会(IEDM)技术文摘，第883-886页(1999年)，特开平9-46596号公报)。
图9是示出背景技术的APS型图像传感器的一个像素部的图。
这个APS型图像传感器包括：作为光电变换部的光电二极管61、用于传送积累于光电二极管61中的信号电荷的传送部62、放大装置63、重置部64和像素选择部65。
另外，在图9中，VR是重置漏极电源(恒定电压)，φTX是所述传送部62的驱动脉冲，φR是重置部64的驱动脉冲，φS是像素选择部65的驱动脉冲。此外，Vsig是从输出信号线(垂直信号线)67输出的输出信号。
图10是驱动脉冲φR、驱动脉冲φS和驱动脉冲φTX的操作时序图。
如图10所示，背景技术的APS型图像传感器，其重置部驱动脉冲φR在TR期间为导通(高电平)，将其电荷检测部FD的电位重置为VR。接着，并非在φR导通的同时而是在此之后，像素选择部驱动脉冲φS变为导通(高电平)，由此在TA期间，经由放大装置63、像素选择部65、垂直信号线67读出重置后的电荷检测部电位以作为输出信号Vsig(R)。
此后，传送部驱动脉冲φTX在TX期间变为导通(高电平)，由此从光电二极管61向电荷检测部FD传送信号电荷。因为像素选择部驱动脉冲φS为导通(高电平)状态，所以在TB期间经由放大装置63、像素选择部65、垂直信号线67读出电荷传送后的电荷检测部电位以作为输出信号Vsig(S)。由此传送部驱动脉冲φTX的电压以二进制值而变化。具体来讲，传送部驱动脉冲φTX的电压在传送期间TTX为高电平VH，而除此以外在积累期间为低电平V0。由此，φTX在经光电变换而产生的电荷积累于光电二极管的N型光电变换积累部中期间，保持低电平V0。
在图9中所示的配置中，作为嵌入式的光电二极管61，如果对从光电二极管61到电荷检测部FD的信号电荷进行充分传送，那么就可以实现很好地低噪声化，还可以获得高质量的图像。
然而，在实现上述的情况下存在下面的问题。
图11示出了嵌入式光电二极管的截面结构图。
这个嵌入式光电二极管具有由P型基板101、在P型基板101上形成的N型光电变换积累部102和在该N型光电变换积累部102的表面上形成的高浓度P型钉扎层103构成的光电二极管部。此外，在P型基板101上，形成传送信号电荷的传送栅极106和电荷检测部104。由此，在106上施加传送脉冲φTX，在104上施加电位VFD。由此，从CMOS驱动电路中提供所述传送脉冲φTX。将低电平V0定为GND，将高电平VH定为电源电压VD。
在经光电变换而产生的电荷积累到N型光电变换积累部102中的电荷积累期间，φTX保持在GND状态。在电荷积累期间，从光电二极管的N型光电变换积累部102起面向其下侧的P型基板101扩展成耗尽区(用虚线示出)。
在此，在φTX为GND电平的情况下，耗尽区的一部分到达传送栅极106下的沟道区，这一部分的半导体表面被活化，在该活化的部分中活跃地产生暗电流。以这种机械方式产生的暗电流电荷流入到光电二极管的N型光电变换积累部102中，混入信号电荷中。
由此，在所述背景技术的APS型图像传感器中，发生如下这样的问题，即：因暗电流电荷混入信号电荷中而造成的大暗状态噪声，也就是在时间上变化的暗电流散粒噪声以及因每个像素的暗电流电荷量分散而造成的暗电流固定图形(pattern)噪声，从而导致画面质量变差这样的问题。
作为能够避免上述问题的嵌入式光电二极管，例如，在特开2002-217397号公报中记载的嵌入式光电二极管。
在这个嵌入式光电二极管中，将传送部驱动脉冲φTX的低电平V0设定为负电压。
图12是示出在这个嵌入式光电二极管中传送部的驱动脉冲φTX、重置部的驱动脉冲φR和像素选择部的驱动脉冲φS的时序图。
在这个嵌入式光电二极管中，因为在传送栅极下的沟道区中形成钉扎层，所以该沟道区的半导体表面未被活化，从而能够抑制暗电流产生。
然而，在这个嵌入式光电二极管中，如图12中所示，在执行电荷积累的整个期间，由于φTX为负电压，因而在此整个期间内传送栅极下的沟道变为完全闭合的状态。在所述整个期间内，一旦强光入射到光电二极管中，产生过大的电流，那么就会存在这样的问题，即：逃逸通道消失的一部分的电荷进入到P基板中，并扩展到周围的像素，造成巨大的模糊现象。
为此，还存在无法得到采用诸如使用N基板的纵向溢漏这样的复杂结构的问题，以及存在产生在CMOS中必须有通常不使用的负电源、内置负电压发生电路等新负担这样的问题。
发明内容
在此，本发明的目的是，提供一种能够在电荷积累期间不活化传送栅极下面沟道区的半导体表面、不需要复杂结构和负电源等并且能够实现很好地低噪声化、且能够获得高质量图像的放大型固态图像摄取装置。
为了解决上述问题，本发明的放大型固态图像摄取装置的特征在于，包括：像素部，其包括光电变换元件，传送来自于所述光电变换元件的信号电荷的传送晶体管，和放大由所述传送晶体管传送到电荷检测部的信号电荷的放大装置；控制装置，其多次反复进行第一控制和第二控制，在所述信号电荷积累在所述光电变换元件中的电荷积累操作期间，所述第一控制用于将所述传送晶体管的栅极电压控制在第一栅极电压，所述第二控制用于将所述传送晶体管的栅极电压控制在比起所述第一栅极电压所述信号电荷更难以移动到所述电荷检测部的第二栅极电压。
根据本发明，所述控制装置由于多次反复进行第一控制和第二控制，所述第一控制用于将所述传送晶体管的栅极电压控制在第一栅极电压，所述第二控制用于将所述传送晶体管的栅极电压控制在比起所述第一栅极电压所述信号电荷更难以移动到所述电荷检测部的第二栅极电压，因而能够通过所述第二控制在所述传送晶体管的栅极沟道中反复生成钉扎层。所以，由于通过反复钉扎栅极沟道区，通常可以利用钉扎电荷来埋藏(俘获)控制暗电流产生的半导体表面的能级，因而能够不活化这一能级，防止暗电流的产生，实现很好地低噪声化，并获得高质量的图像。
此外，根据本发明，由于反复进行所述第一控制和所述第二控制，因而即使在电荷积累期间强光射入到所述光电变换元件中，产生过大的电荷，失去逃逸通道的一部分电荷也能够在执行第一控制期间流到所述电荷检测部中，其中所述第一控制比起执行第二控制中而言所述信号电荷更容易移动到所述电荷检测部。因此，确实地防止了逃逸通道消失的一部分电荷进入到基板，扩展到周围的像素，以及引起巨大的模糊现象。
此外，根据本发明，能够在不使用负电源(负电源发生电路)的情况下实现很好地低噪声化，而结构不会变复杂。
此外，对于一个实施方式的放大型固态图像摄取装置，所述控制装置周期性地反复进行所述第一控制和所述第二控制。
根据上述实施例，由于所述控制装置周期性地反复进行所述第一控制和所述第二控制，因而在电荷积累操作期间，能够周期性地形成钉扎层，并防止暗电流的产生。
此外，对于一个实施方式的放大型固态图像摄取装置，所述控制装置在第一期间内将所述传送晶体管的栅极控制在高阻抗状态下，在所述第一期间内的第二期间内，通过将所述电荷检出部的电位变化为与从所述第一栅极电压变化到所述第二栅极电压相同方向的电位来执行所述第二控制。
根据上述实施方式，在所述第一期间内，将所述传送晶体管的栅极控制在高阻抗状态下，在所述第一期间中的第二期间内，由于使所述电荷检测部的电位变化为比起所述第一期间的所述电荷检测部的电位所述信号电荷更难以移动到所述电荷检测部的电位，因而能够在所述传送晶体管的栅极下容易地形成钉扎层。
此外，对于一个实施方式的放大型固态图像摄取装置，所述光电变换元件是嵌入式光电二极管。
根据上述实施方式，由于所述光电变换元件是嵌入式光电二极管，因而能够大幅度地减低光电二极管自身中所产生的暗电流。因此，与通过所述两阶段的控制所带来的栅极下暗电流的产生的减少这一效果相结合，就能够大幅度地减低所有像素部的暗电流。
此外，对于一个实施方式的放大型固态图像摄取装置，包括经由第一电容而与所述电荷检测部电容相结合的驱动信号线，所述控制装置通过向所述驱动信号线输出使所述电荷检测部的电位变化为与从所述第一栅极电压变化到所述第二栅极电压相同方向的电位的控制信号来执行所述第二控制。
根据上述实施方式，可以将该第一电容用作为下拉电容(当信号电荷为电子时)或者上拉电容(当信号电荷为空穴时)，由于只使所述驱动信号线的电位降压(当信号电荷为电子时)或升压(当信号电荷为空穴时)，因而能够容易地使所述传送晶体管的栅极电压成为所述第二栅极电压。
此外，对于一个实施方式的放大型固态图像摄取装置，将第二电容连接在所述传送晶体管的栅极和所述电荷检测部之间。
根据上述实施方式，由于将第二电容连接在所述传送晶体管的栅极和所述电荷检测部之间，因此在所述第二控制中，在所述栅极的电位和所述电荷检测部的电位之间能够容易地产生电位差，从而在第二控制中能够容易地使所述栅极电压成为第二栅极电压。
此外，对于一个实施方式的放大型固态图像摄取装置，所述控制装置包括驱动电路部和控制该驱动电路部的控制部，所述驱动电路部包括：第一端子与所述传送晶体管的栅极连接的开关MOS晶体管、使所述开关MOS晶体管的栅极端子和电源之间成为导通或截止的第一开关元件、使所述开关MOS晶体管的第二端子和接地之间成为导通或截止的第二开关元件、以及使所述开关MOS晶体管的栅极端子和所述开关MOS晶体管的第一端子之间成为导通或截止的第三开关元件，所述控制部在执行所述第一控制时，使所述第一开关元件成为导通、使所述第二开关元件成为导通、使所述第三开关元件成为截止，而在执行所述第二控制时，使所述第一开关元件成为截止，使所述第二开关元件成为截止，使所述第三开关元件成为导通。
根据上述实施方式，由于所述控制部只使所述第一开关元件成为导通，使所述第二开关元件成为导通，使所述第三开关元件成为截止，因而能够容易地执行所述第一控制。
此外，根据上述实施方式，通过所述控制部使所述第一开关元件成为截止、使第二开关元件成为截止、使第三开关元件成为导通，能够容易地将所述传送晶体管的栅极维持在高阻抗状态下。因此，在这种状态下，通过所述控制部适当地调节所述电荷检测部的电位，能够容易地执行第二控制。
此外，对于一个实施方式的放大型固态图像摄取装置，所述控制装置其一端连接于所述传送晶体管的栅极，同时还包括阻塞从其它端输出等于或小于所述第一栅极电压的电压的电压输出阻塞电路。
根据上述实施方式，由于包括阻塞从所述其它端输出等于或小于所述第一栅极电压的电压的电压输出阻塞电路，因而不会从所述其它端输出比所述第一栅极电压还要大的电压，从而可以防止在所述电压输出阻塞电路的其它端一侧上发生误操作。
此外，对于一个实施方式的放大型固态图像摄取装置，所述像素部形成有多个矩阵状排列的光接收区域，所述放大装置是输入侧连接于所述传送晶体管的输出侧、同时输出侧连接于输出信号线的开关电容放大器，所述控制装置在所述像素部的每一个中反复进行经由所述传送晶体管、利用上述开关电容放大器部读出来自于所述光电变换元件的信号的控制。
根据所述实施方式，电荷电压变换增益不是由成为所述各传送晶体管输出侧的电荷检测部电容决定的，而可以由插入在所述开关电容放大器部输入输出之间的电容决定的。因此，例如，即使在所述驱动信号线和所述电荷检测部之间插入第一电容，增大所述电荷检测部的电容，也能够防止降低电荷电压变换增益。
根据本发明的放大型固态图像摄取装置，控制装置多次反复进行第一控制和第二控制，所述第一控制用于在电荷积累操作期间将传送晶体管的栅极电压控制到不从光电变换元件向电荷检测部传送信号电荷的第一栅极电压，所述第二控制用于将所述传送晶体管的栅极电压控制在比起所述第一栅极电压所述信号电荷更难以向所述电荷检测部移动的第二栅极电压上。然后，通过所述第二控制，可以在所述传送晶体管的栅极沟道区反复生成钉扎层，从而通常能够利用钉扎电荷来埋藏(俘获)控制暗电流产生的半导体表面的能级。因此，可以不活化该能级，防止暗电流的产生，实现很好地低噪声化，并获得高质量的图像。
此外，根据本发明的放大型固态图像摄取装置，不使用负电源(负电源发生电路)能够实现很好地低噪声化，而结构不会变复杂。
附图说明
通过结合本发明的下列详细说明和附图可以更好地理解本发明。附图仅仅是说明性的，而非限制本发明。在图中：
图1A是示出本发明一个实施例方式的放大型固态图像摄取装置的部分电路图。
图1B是说明图1A中所示的放大型固态图像摄取装置的操作时序图。
图2是上述放大型固态图像摄取装置可包括的嵌入式光电二极管的截面结构图。
图3是示意性示出上述放大型固态图像摄取装置可包括的驱动电路的一个
实施例的电路图。
图4A是详细示出上述放大型固态图像摄取装置可包括的驱动电路的一个
实施例的电路图。
图4B是详细示出上述放大型固态图像摄取装置可包括的驱动电路的一个
实施例的电路图。
图4C是详细示出上述放大型固态图像摄取装置可包括的驱动电路的一个
实施例的电路图。
图5是说明图4A～图4C中所示的驱动电路部的操作时序图。
图6是详细示出上述放大型固态图像摄取装置可包括的驱动电路部的其它
实施例的电路图。
图7示出在采用图6中所示的驱动电路部的情况下，各种驱动脉冲的操作时序图。
图8是示出本发明其它实施方式的像素部的图。
图9是示出背景技术的APS型图像传感器的一个像素部的图。
图10示出在背景技术的APS型图像传感器的情况下、各种驱动脉冲的操作时序图。
图11示出背景技术的嵌入式光电二极管的截面结构图。
图12示出在背景技术的第二种嵌入式光电二极管中各种驱动脉冲的操作的时序图。
具体实施方式
下面，通过图示的实施方式来对本发明作详细描述。
图1A是示出本发明的一个实施方式的放大型固态图像摄取装置的一个部分的电路图。
这个放大型固态图像摄取装置包括像素部10和控制装置15。
所述像素部10包括作为光电变换元件的一个例子的嵌入式光电二极管1、传送部2、放大装置3、重置部4、选择部5、作为第一电容的下拉电容6、输出信号线7、驱动信号线8和传送信号线9。
所述传送部2由传送晶体管构成，将作为光电二极管1的信号电荷的一个例子的电子传送到检测部FD。此外，所述放大装置3放大来自于传送部2的信号，重置部4将检测部FD重置为重置电压VR。此外，所述选择部5选择从放大装置3中的信号的读出，下拉电容6是用于根据来自于驱动信号线8的信号下拉检测部FD的电位的电容。此外，所述输出信号线(垂直信号线)7传送由选择部5读出的信号，传送信号线9将传送信号施加到传送部2。
此外，在所述检测部FD和传送信号线9之间插入作为第二电容的降压电容11。如图1所示，这也可以是传送晶体管2的栅极一源极间电容，还可以是其它形成的电容。此外，φTX和φPU分别是施加到传送部2和驱动信号线8的信号。而且，不是全部像素部的每一个都必需包含全部要素。
所述控制装置15包括驱动电路部20和驱动部30。驱动电路部20是产生经传送信号线9施加给传送部2的传送信号的传送信号产生电路，如图1所示的结构，控制部30提供了用于实现各部的操作所需的驱动信号。
图1B是说明图1A的操作的时序图。
另外，在图1B中，φTX(i)示出了施加到第i个像素的传送晶体管栅极上的驱动脉冲，φPD(i)示出了施加到第i个像素的检测部上的下拉信号脉冲。
如图1B所示，所述φTX(i)临时变为高电平VH，此时电荷积累在光电二极管1上的信号电荷(电子)被传送到电荷检测部FD，从而执行读出操作。此后，驱动脉冲φTX(i)变为低电平V0，直到执行下一帧的读出操作为止，才在光电二极管1上执行电荷积累操作。在这个电荷积累操作期间，如图1B所示，驱动脉冲φTX(i)在一个水平扫描期间(1H)周期内，在长时间侧的第一低电平V0和短时间侧的第二低电平VL之间周期性地变化。使φTX(i)成为低电平V0的控制，也就是使传送晶体管2(参照图1A)的栅极电压成为第一栅极电压V0的控制，相当于第一控制。此外，使φTX(i)成为第二低电平VL的控制，也就是使传送晶体管2(参照图1A)的栅极电压成为第二栅极电压VL的控制，相当于第二控制。
第二低电平期间包含在水平消隐期间(a horizontal blanking period)内。第二低电平由来自于驱动信号线8的下拉信号φPD(i)驱动。
图2是上述嵌入式光电二极管的截面结构图。在下文中，利用图2来解释说明图1中所示的嵌入式光电二极管的效应。另外，在图2中，与图11相同的标记表示相同的内容。
在图2中，在电荷积累期间，从光电二极管的N型光电变换积累部102起面向其下侧的P型基板101扩展为耗尽区(用虚线示出)。此外，φTX为第一低电平V0，耗尽区的一部分到达传送栅极106下的沟道区。然而，为了在1H周期降低至第二低电平VL，在这一期间于传送栅极106下的沟道区中形成钉扎层(a pinnning layer)。
详细来说，虽然在半导体及其氧化膜的表面上存在表面能级，但是形成了钉扎层，上述表面能级就在短时间内俘获钉扎电荷，此后，钉扎电荷很长时间才被释放出来(越靠近控制暗电流产生的带隙的中心附近的能级，释放时常数变长)。
因此，通过上述这样周期性地形成钉扎层，有助于暗电流产生的表面能级可以常时间使钉扎电荷维持在被俘获状态。也就是说，在不活化该沟道区的半导体表面的情况下，抑制了暗电流产生。由此，可以抑制暗状态噪声，成为高画质。
进一步来讲，如图1B所示，传送栅极在大部分期间都保持在第一低电平V0，传送栅极106下的沟道区未变为完全闭合的状态。因此，即使过大的光射入N型光电变换积累部102中并产生过剩的电荷，也能够使这种过剩的电荷经由传送晶体管2、电荷检测部FD、重置部4而排放到重置漏极VR(参照图1)，从而可以防止过剩电压进入到基板中。因此，即使不给像素部引入特别的结构，也可以有效地防止过剩电压扩展到周围的像素，并防止引起巨大的模糊现象，还能够简单廉价地实现过剩电荷的溢出对策。
图3是示意性示出上述驱动电路部20的一个实施例的电路图。
所述驱动电路部20是按能够选择三种状态构成的。详细来讲，驱动电路20是按能够选择下列三种状态构成的，所述三种状态为：使传送部2成为导通状态的高电平VD状态(第一状态)；使传送部2为截止、且成为第一低电平的GND状态(第二状态)；使传送部2仍为截止、并使传送部2的栅极成为高阻抗状态的HiZ状态(第三状态)。
从GND状态转为HiZ状态之后，通过在驱动信号线8上施加变为低电平的脉冲，将经由驱动信号线8与降压电容11相连的检测部FD的电位变成比第一低电平低一级的第二低电平。据此，在使所述传送晶体管的栅极变为第一低电平的期间后，电位能够成为较低的第二低电平，所述传送晶体管的栅极被降低直至负电压。接着，在这一期间内，在传送部2栅极下的沟道区中形成钉扎层。
图4是详细示出上述驱动电路部20的一个实施例的电路图。详细来讲，图4A表示第一状态，图4B表示第二状态，图4C表示第三状态。在图4中，21示出P型MOS晶体管，22、23及24示出由控制部30(参照图1A)输出的脉冲φ1、φ2及φ3所驱动的第一、第二及第三开关元件。
如图4A、4B和4C所示，作为P型MOS晶体管21的第一端子的源极端子与传送晶体管2(参照图1A)的栅极连接。所述第一开关元件22可以将P型MOS晶体管的栅极端子与电源VD之间切换为导通(导通)或截止(非导通)。此外，所述第二开关元件23可以将作为P型MOS晶体管21的第二端子的漏极端子与地面之间切换为导通(导通)或截止(非导通)。此外，所述第三开关元件24可以将P型MOS晶体管21的栅极端子与P型MOS晶体管21的源极端子之间切换为导通(导通)或截止(非导通)。
图5是说明以图4的各状态进行操作的时序图。
在下文中，利用图4和图5来解释说明所述像素部的操作。
在图5中，在T1期间内，φ1变为高电平(导通)，φ2变为低电平(截止)，φ3变为高电平(导通)，从而得到图4A的状态。此时，驱动电路部20的输出与VD端子直接连接，信号φTX被设定成高电平(VH)。
在T2期间内，φ1变为高电平(导通)，φ2变为高电平(导通)，φ3变为低电平(截止)，从而得到图4B的状态。此时，驱动电路部20的输出与VD端子断开，与此同时驱动P型MOS晶体管变为导通。接着，该输入侧变为GND，驱动电路部20的输出，即信号φTX被设定成第一低电平(VO)。也就是说，所述传送晶体管2(参照图1A)的栅极电压被控制在第一栅极电压VO上。
在作为第一期间的T3期间内，φ1变为低电平(截止)，φ2变为低电平(截止)，φ3变为高电平(导通)，从而得到图4C的状态。此时，驱动电路部20的输入侧变为断开状态，变成不连接于任何东西的状态。此外，驱动电路部20的输出侧变成P型MOS晶体管的栅极与源极相连接的状态。在这种情况，如果P型MOS晶体管是增强型的，则即使源极电位不比通常时所用的电源电压高，在源极与栅极间也没有电流流动，从而保持截止状态。为此，驱动电路部20的输出侧被设定成高阻抗状态。
如图5所示，所述驱动电路部20的输出侧在T3期间为高阻抗状态，控制部30(参照图1A)通过在作为第二期间的TPD期间内降低施加到驱动信号线8上的脉冲φPD的电位，经由降压电容11将传送信号线9的电位(φTX的电位)从第一低电平V0降至第二低电平VL。也就是说，将所述传送晶体管2(参照图1A)的栅极电压控制在第二栅极电压VL上。
在所述T2期间和T3期间内，在TPD期间以外的期间(传送信号线9的电位被设定成V0的期间)内，执行第一控制，在TPD期间内，执行第二控制。
图6是详细示出图3中所示的驱动电路部20的其它实施例的电路图。在图6中，25是由来自于驱动部30的脉冲φ5驱动的开关元件，26是由来自于驱动部30的脉冲φ6驱动的开关元件。此外，27是阻塞等于或小于第一低电平的电压的电压输出阻塞电路。此外，图7是示出脉冲φ5、脉冲φ6和脉冲φTX的操作时序图。
在下文中，利用图6和图7来解释说明驱动电路部20的操作。
如图7所示，在T1期间内，φ5成为高电平(导通)，与此同时φ6变为低电平(截止)。接着，驱动电路部20的输出与VD端子直接相连，从而φTX变为高电平(VH)。此外，在T2期间内，φ5变为低电平(截止)，与此同时φ6变为高电平(导通)。接着，驱动电路部20的输出与VD端子断开，而另一方面电压输出阻塞电路27的输入侧与GND连接。由此，驱动电路部20的输出变为接地电压GND，即第一低电平(V0)。也就是说，所述传送晶体管2(参照图1A)的栅极电压被控制在第一栅极电压V0。
在作为第一期间的T3期间内，φ5变为低电平(截止)，与此同时φ6变为低电平(截止)。此时，驱动电路部20的输入侧变为断开状态，从而成为不连接于任何东西的状态。驱动电路20的输出侧被设定成没有电流流动的高阻抗状态。驱动电路部20的输出侧在为高阻抗状态的T3期间，控制部30(参照图1)通过在作为第二期间的TPD期间内降低施加到驱动信号线8上的脉冲φPD，将经由降压电容11与驱动信号线8相连的传送信号线9的电位从GND，即第一低电平(V0)，降至作为负电压的第二低电平(VL)。也就是说，所述传送晶体管2(参考图1A)的栅极电压可以控制在第二栅极电压VL上
所述电压输出阻塞电路27连接在所述驱动电路部20的输出与接地端子GND之间，由此来阻塞等于或小于第一低电平(GND)的电压。这样一来，当在所述T3期间内将所述传送晶体管的栅极电压降至比GND还低的第二低电平时，所述第二低电平电压防止了引起对可施加GND的开关元件26的误操作。
图8是示出本发明其它实施方式的像素部40的图。
图8中所示的像素部40，其放大装置和电荷电压变换部的结构不同于图1A中所示的像素部10。像素部40包括：作为光电变换元件的嵌入式光电二极管41、将该光电二极管41的信号电荷(电子)传送到检测部FD的传送部42、选择读出来自放大装置的信号的选择部45、作为用于根据来自于驱动信号线48的信号来下拉检测部FD电位的第一电容的电容46、输送由选择部45读出的信号的输出信号线47、以及将传送信号φTX施加到传送部42上的传送信号线49。
在像素部40中，输入侧与传送晶体管的输出侧连接，并设有输出侧与选择部45连接的开关电容放大器部。该开关电容放大器部是由反相放大器52、连接在该输入输出之间的信号积累电容43和重置部44构成的。在反相放大器52的增益非常高的情况下，从光电二极管经传送部42传送的信号电荷(电子)积累在信号积累电容43中。也就是说，电荷电压变换增益与信号积累电容43相关联(由信号积累电容43决定的)，而另一方面不取决于传送晶体管的输出侧电容。因此，为了降低所述传送信号线49的电位，插入用于根据来自于驱动信号线48的信号来下拉检测部FD的电位的电容46以及作为检测部FD与传送信号线49之间的第二电容的电容51，即使增大检测部FD电容，也不会降低电荷电压变换增益。
另外，在上述实施方式中，虽然将电子用作为信号电荷，但是在本发明中，与光电二极管、MOS晶体管、各种杂质层、驱动电压等全部的极性相反，不言而喻将空穴用作为信号电荷也是可以的。
以上，描述了本发明的实施方式，应该认识到各种变形也是可以的。这种变形应当不脱离本发明的精神和范围，本领域熟练技术人员应该认识到这种变形全部包含在后续的权利要求的范围内。
Claims (9)
1.一种放大型固态图像摄取装置，其特征在于，包括：
像素部，其包括光电变换元件，传送来自于所述光电变换元件的信号电荷的传送晶体管，和放大由所述传送晶体管传送到电荷检测部的信号电荷的放大装置；
控制装置，其在所述信号电荷积累在所述光电变换元件的电荷积累操作期间，多次反复进行第一控制和第二控制，所述第一控制用于将所述传送晶体管的栅极电压控制在第一栅极电压，所述第二控制用于将所述传送晶体管的栅极电压控制在比起所述第一栅极电压所述信号电荷更难以移动到所述电荷检测部的第二栅极电压。
2.根据权利要求1所述的放大型固态图像摄取装置，其特征在于，
所述控制装置周期性地反复进行所述第一控制和所述第二控制。
3.根据权利要求1所述的放大型固态图像摄取装置，其特征在于，
所述控制装置在第一期间内将所述传送晶体管的栅极控制在高阻抗状态下，在所述第一期间内的第二期间内，通过将所述电荷检测部的电位变化到与从所述第一栅极电压变化到所述第二栅极电压相同方向的电位来执行所述第二控制。
4.根据权利要求1所述的放大型固态图像摄取装置，其特征在于，
所述光电变换元件是嵌入式的光电二极管。
5.根据权利要求3所述的放大型固态图像摄取装置，其特征在于，
包括经由第一电容与所述电荷检测部相电容结合的驱动信号线，
所述控制装置通过向所述驱动信号线输出使所述电荷检测部的电位变化到与从所述第一栅极电压变化到到所述第二栅极电压相同方向的电位的控制信号来执行所述第二控制。
6.根据权利要求5所述的放大型固态图像摄取装置，其特征在于，
将第二电容连接在所述传送晶体管的栅极和所述电荷检测部之间。
7.根据权利要求1所述的放大型固态图像摄取装置，其特征在于，
所述控制装置包括驱动电路部和控制该驱动电路部的控制部，
所述驱动电路部包括：
第一端子与所述传送晶体管的栅极连接的开关MOS晶体管；
使所述开关MOS晶体管的栅极端子和电源之间成为导通或截止的第一开关元件；
使所述开关MOS晶体管的第二端子和接地之间成为导通或截止的第二开关元件；以及
使所述开关MOS晶体管的栅极端子和所述开关MOS晶体管的第一端子之间成为导通或截止的第三开关元件，
所述控制部在执行所述第一控制时，使所述第一开关元件成为导通、使所述第二开关元件成为导通、使所述第三开关元件成为截止，而另一方面在执行所述第二控制时，使所述第一开关元件成为截止，使所述第二开关元件成为截止，使所述第三开关元件成为导通。
8.根据权利要求1所述的放大型固态图像摄取装置，其特征在于，
所述控制装置具有一端与所述传送晶体管的栅极连接，同时阻塞等于或小于所述第一栅极电压的电压从其它端输出的电压输出阻塞电路。
9.根据权利要求1所述的放大型固态图像摄取装置，其特征在于，
所述像素部有多个矩阵状排列的光接收区域，
所述放大装置是输入侧与所述传送晶体管的输出侧连接、同时输出侧与输出信号线连接的开关电容放大器，
所述控制装置在所述像素部的每一个中反复进行经由所述传送晶体管、利用上述开关电容放大器部读出来自于所述光电变换元件的信号的控制。
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Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103856728A (zh) * | 2012-12-05 | 2014-06-11 | 索尼公司 | 固态成像器件和电子系统 |
| CN103856728B (zh) * | 2012-12-05 | 2017-09-12 | 索尼公司 | 固态成像器件和电子系统 |
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