DE69935895T2 - Architektur eines aktiven pixelsensors mit drei transistoren und korrelierter doppelabtastung - Google Patents

Architektur eines aktiven pixelsensors mit drei transistoren und korrelierter doppelabtastung Download PDF

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Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der als aktive Pixelsensoren (APS) bekannten Halbleiter-Fotosensoren und Bilderzeugungselemente, bei denen jedem Pixel aktive Schaltungselemente zugeordnet sind, und insbesondere auf Halbleiter-Bilderzeugungselemente, die mit korrelierter Doppelabtastung (CPS) arbeiten.
  • APS sind Halbleiter-Bilderzeugungselemente, bei denen jedes Pixel die typischen Halbleiter-Pixelelemente aufweist, darunter Lichterfassungsmittel, Rückstellmittel, Ladungs/Spannungs-Umwandlungsmittel, und ferner einen Verstärker oder einen Teil eines Verstärkers. Die im Pixel aufgenommene Lichtladung wird, wie in bekannten Dokumenten, etwa der Veröffentlichung "Aktive Pixelsensoren: Sind CCDs Dinosaurier?", SPIE Bd. 1900-08-8194-1133, Juli 1993, von Eric Fossum beschrieben, innerhalb des Pixels in eine entsprechende Spannung oder einen entsprechenden Strom umgewandelt. Wie bei E. Fossum in "Aktive Pixelsensoren: Sind CCD's Dinosaurier?", SPIE Bd. 1900-08-8194-1133 Juli 1993 und bei R. H. Nixon, S. E. Kemeny, C. O. Staller, und E. R. Fossum in "Aktiver 128 × 128 CMOS-Fotodioden-Pixelsensor mit chipintegrierter Taktung, Steuerung und Signalkettenelektronik", SPIE-Protokolle Bd. 2415, Ladungsgekoppelte Bauelemente und optische Halbleiter-Sensoren V, Vortrag 34 (1995) erörtert, werden bei APS-Geräten die Zeilen oder Reihen des Bilderzeugungsgeräts mittels eines Spaltenauswahlsignals ausgewählt und dann ausgelesen. Die Auswahl der Reihen und Spalten innerhalb eines aktiven Pixelsensors geschieht analog zur Auswahl von Wörtern und Bits in Speichergeräten. Die Auswahl einer ganzen Reihe entspricht hier der Auswahl eines Wortes, das Auslesen einer der Spalten des aktiven Pixelsensors entspricht der Auswahl oder Aktivierung einer einzelnen Bitzeile innerhalb des Wortes. Die Architekturen herkömmlicher, bekannter Geräte verwenden Ausführungen mit drei Transistoren, wobei die drei Transistoren normalerweise aus Reihenauswahl-, Reset- und Sourcefolgerverstärker- Transistoren bestehen. Diese Architektur ist insofern vorteilhaft, als sie APS-Geräte mit einem recht hohen Pixelfüllfaktor ergibt, die CDS-Technik ist jedoch nicht einfach auszuführen. CDS ist eine Technik, mittels derer der Signalpegel eines Pixels zum Resetpegel jenes Pixels in Beziehung gesetzt wird. Zur Durchführung des CDS-Verfahrens muss das Pixel zunächst zurückgestellt und der Resetpegel des Pixels ausgelesen werden, bevor in jenem Pixel eine Integration durchgeführt oder Lichtladung aufgenommen wird. Danach führt einfallendes Licht zur Erzeugung von Fotoelektronen und damit zu einer Signalladung, die innerhalb des Pixels akkumuliert wird und die dann ausgelesen werden kann. Dies beruht darauf, dass der Fotodetektor gleichzeitig ein Ladungs-/Spannungs-Wandler ist. Wird der Fotodetektor zurückgestellt, geht die Ladung des Fotodetektors über die Pixelversorgungsspannung verloren und kann nicht mehr wiederhergestellt werden. Diese Technik verringert das zeitliche Rauschen des Sensors und ergibt damit ein höheres Signal/Rausch-Verhältnis und eine bessere Bildqualität.
  • Bei bekannten Geräten mit CDS-Technik, die mit Pixeln auf Basis von drei Transistoren arbeiten, wird normalerweise zuerst ein Bildfeld mit einem Resetpegel je Pixel auf dem Sensor ausgelesen und gespeichert. Anschließend wird das Signalfeld erfasst und ausgelesen. Danach muss vor der Integration das im Speicher gespeicherte Resetpegel-Feld je Pixel vom Signalfeld jedes Pixels subtrahiert werden, um einen Pixelsignalpegel zu erhalten, der zum Pixel-Resetpegel in Bezug gesetzt wird. Es wurden bereits Konstruktionen entwickelt, die mit vier Transistoren je Pixel arbeiten und die die CDS-Technik ermöglichen, ohne dass ein separates Resetfeld erfasst und gespeichert werden muss; allerdings weisen die Zellen mit 4 Transistoren den Nachteil auf, das sie einen geringeren Füllfaktor und geringere Empfindlichkeit aufweisen als Pixel mit 3 Transistoren.
  • Darüber hinaus können bekannte 4T-Pixel-Ausführungen einen als Image Lag (Bildverzögerung) bekannten Artefakt erzeugen, in welchem Fall nicht alle Fotoelektronen in einem einzelnen Feld ausgelesen werden können und im nächsten Feld als Phantom- oder Restbild erscheinen. Auch der Signalhub ist bei 4T-Pixeln eingeschränkt und geringer als bei 3T-Pixeln, weil die Möglichkeit beschränkt ist, die Aufteilung der Ladung zwischen dem Fotodetektor und der Floating Diffusion während des Auslesens zu verhindern.
  • Bekannte APS-Pixel sind in 1a und 1b dargestellt. Das Pixel in 1a ist ein aus dem Stand der Technik bekanntes Pixel mit 3 Transistoren mit einem Fotodetektor (PDET), bei dem es sich entweder um eine Fotodiode (PD) oder ein Fotogate (PG) handeln kann, einem Reset-Transistor mit einem Reset-Gate (RG), einem Reihenauswahltransistor mit einem Reihenauswahl-Gate (RSG) und einem Sourcefolger-Eingangssignaltransistor (SIG). Das Pixel in 1b ist ein bekanntes Pixel mit 4 Transistoren und besteht aus einem Fotodetektor (PDET), bei dem es sich entweder um eine Fotodiode (PD) oder ein Fotogate (PG) handeln kann, einem Übertragungs-Gate (TG), einer floatenden Diffusion (FD), einem Reset-Transistor mit einem Reset-Gate (RG), einem Reihenauswahltransistor mit einem Reihenauswahl-Gate (RSG) und einem Sourcefolger-Eingangssignaltransistor (SIG). Wie bereits erwähnt wurde, lässt sich die CDS-Technik mit einer Pixelarchitektur mit drei Transistoren nur schwer durchführen. Bei bekannten Pixeln mit drei Transistoren dient der Fotodetektor auch als Ladungs/Spannungswandler-Knotenpunkt. Um den Pixel-Resetpegel vor der Signalintegration zu erhalten, muss der Resetpegel des gesamten Feldes vor der Integration ausgelesen und in einem Speicher gespeichert werden. Würde der Fotodetektor vor der Integration, dem Auslesen des Resetpegels und der nachfolgenden Integration und dem Auslesen des Signalpegels zurückgestellt, müsste die ganze Operationsfolge für jede Reihe einzeln durchgeführt werden. Würde also die gewünschte Integrationszeit 30 msek. betragen, müsste jede Reihe unabhängig von den anderen und separat in 30 msek. integriert werden. Bei 1000 Reihen im Bildsensor würde ein Bildfeld bei 30 msek. Integrationszeit eine Erfassungszeit von 30 sek. erfordern. Außerdem würden Veränderungen in der Szenenbelichtung oder Bewegungen von Objekten in der Szene innerhalb dieser 30 sek. zu einem unerwünschten Bildartefakt in Form von Bildrissen, Bildunschärfe und Bildabschattung führen.
  • Da beim Pixel mit 4 Transistoren der Fotodetektor vom Ladungs/Spannungs-Wandlerknotenpunkt (floating Diffusion, FD) durch einen besonderen Transistor getrennt ist, kann die floating Diffusion zurückgestellt werden und der Resetpegel der floating Diffusion kann unmittelbar vor der Übertragung der Signalladung auf die floating Diffusion ausgelesen werden. Der CDS-Prozess kann somit ohne besondere und nicht überlappende Integrationszeiten je Reihe durchgeführt werden. Die für die Realisierung des vierten Transistors erforderliche Fläche verringert jedoch den Füllfaktor des Pixels im Vergleich zum 3T-Pixel.
  • US-A-4 794 247 beschreibt einen Ausleseverstärker für einen fotovoltaischen Detektor, der mit einem Integrationsverstärker mit Kondensator-Feedback bei selbstkalibrierender aktiver Ladung arbeitet, um das Debiasing des fotovoltaischen Detektors während seines Betriebes zu minimieren. Die selbstkalibrierende aktive Ladung verringert den Effekt des Rauschens und von Schwellwert-Ungleichmäßigkeiten der in der Ausleseverstärkerschaltung verwendeten Halbleiterbauelemente.
  • Es ist also offensichtlich, dass auf dem beschriebenen Gebiet weiterhin ein Bedarf an einer alternativen Pixelarchitektur besteht, die einen hohen Füllfaktor, keine Verzögerung, einen großen Bildsignalhub und die Möglichkeit zur Durchführung des CDS-Prozesses bietet, ohne dass ganze Felder von Bilddaten erfasst und gespeichert werden müssen, um ein separates Resetfeld von jedem Signalpegelfeld subtrahieren zu können und ohne eigene nicht überlappende Integrationszeiten je Reihe des Sensors vorsehen zu müssen.
  • Die Erfindung bietet die Möglichkeit zur Durchführung der korrelierten Doppelabtastung (CDS) innerhalb einer aktiven Pixelarchitektur mit 3 Transistoren. Dies geschieht durch Wechselstromkopplung des Fotodetektorsignals mit dem Eingang des Sourcefolgers im Pixel und eine Einrichtung zum Anklemmen des Eingangs des Sourcefolgers an ein Referenzsignal.
  • Die Erfindung löst diese nach dem Stand der Technik bestehenden Probleme gemäß Anspruch 1 durch einen aktiven Pixelsensor mit einer Vielzahl von Pixeln, wobei der Pixelaufbau einen Fotodetektor aufweist, der mit einem ersten elektrischen Knotenpunkt auf einem Signalkopplungskondensator elektrisch verbunden ist, wobei die gegenüber liegende Seite des Signalkopplungskonsators mit einem zweiten elektrischen Knotenpunkt verbunden ist und die Reset-Konfiguration so gewählt ist, dass beim Reset vorgegebene Potentiale an den ersten und den zweiten elektrischen Knotenpunkt angelegt werden. Bei der bevorzugten Ausführungsform wird beim Reset eine Spannungsversorgung angelegt, so dass die auf dem mit dem Fotodetektor verbundenen ersten Knotenpunkt vorhandene Spannung während der Zeitspanne nach dem Reset Ladung aufnehmen kann. Der zweite elektrische Knotenpunkt kann nach dem Reset floaten, so dass die aufgenommene Ladung auf dem Kondensator bezüglich der vorgegebenen Potentiale erhalten bleibt. Zum Erfassen und Auslesen des Signals auf dem zweiten elektrischen Knotenpunkt ist ein Verstärker elektrisch mit dem zweiten elektrischen Knotenpunkt verbunden. Erfindungsgemäß wird ein Reset-Transistor mit zwei separaten Sources verwendet, die jeweils mit den ersten und zweiten elektrischen Knotenpunkten verbunden sind. Allerdings können auch zwei Reset-Transistoren dieselbe Aufgabe erfüllen, wobei dies jedoch nicht Teil der Erfindung ist. Der Signalkondensator wird vorzugsweise so ausgebildet, dass ein Bereich des Fotodetektors sich mit einem Abschnitt der Gate-Elektrode des Verstärkers überlagert.
  • Die Erfindung ermöglicht eine echte korrelierte Doppelabtastung (CDS) mit nur drei Transistoren und führt damit zu einem höheren Füllfaktor. Die sich daraus ergebenden Vorteile sind ein hoher Füllfaktor, geringeres zeitliches Rauschen, Verzögerungsfreiheit und ein großer Signalhub sowie ein Spannungs-Maßstabfaktor im tiefen sub-μ-CMOS-Bereich. Nachteile sind nicht vorhersehbar.
  • Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
  • Es zeigen:
  • 1a eine bekannte Architektur eines aktiven Pixelsensors mit drei Transistoren je Pixel;
  • 1b eine bekannte Architektur eines aktiven Pixelsensors mit vier Transistoren je Pixel;
  • 2 eine 3T-Architektur für einen aktiven Pixelsensor mit drei Transistoren je Pixel;
  • 3 ein Taktdiagramm der Funktionsweise des in 2 dargestellten Pixels;
  • 4a eine Draufsicht der realen Ausbildung des Pixels gemäß 2; und
  • 4b einen Querschnitt entlang der Linie B-B' des Pixels gemäß 4a.
  • 2 ist eine schematische Darstellung der 3T-Pixelarchitektur für einen aktiven Pixelsensor (APS) der erfindungsgemäß vorgesehenen Art. Die in 2 dargestellte Ausführungsform stellt die beste dem Erfinder bekannte Betriebsart dar. Wie im Folgenden noch besprochen wird, sind jedoch auch andere reale Ausführungsformen möglich, die offensichtlich Modifika tionen der in 2 dargestellten Ausführungsform darstellen. Das in 2 dargestellte Pixel 10 ist ein einzelnes Pixel innerhalb einer Pixelanordnung mit zahlreichen Reihen und Spalten.
  • Wie aus 2 ersichtlich ist, umfasst das Pixel 10 einen Fotodetektor 12 (PDET), der unter Verwendung entweder einer Fotodiode oder eines Fotogates aufgebaut sein kann, ferner einen Reset-Transistor 14 mit einem Reset-Gate 15 (RG), einem Reihenauswahl-Transistor 24 mit einem Reihenauswahl-Gate (RSG) 25, einen Sourcefolgereingangssignal-Transistor 21 (SIG) und einen Pixelsignal-Kondensator 23 (Cps). Der Reset-Transistor 14 weist nur ein Gate 15 und ein Drain 18, jedoch zwei separate Sources 16, 17 auf. Die Source 17 ist mit demselben elektrischen Knotenpunkt wie der PDET 12 auf der "a"-Seite des Cps 23 verbunden, die andere Source 16 ist mit dem Gate des SIG 21 auf der "b"-Seite des Cps 23 verbunden.
  • Unter Bezugnahme auf 3, bei der es sich um ein Diagramm zur Erläuterung der Funktion des in 2 dargestellten 3T-Pixels handelt, soll nun die Funktion der neuen Pixelarchitektur gemäß 2 beschrieben werden. Die hier beschriebene Ausführungsform findet in dem Fall Anwendung, dass der Fotodetektor 12 eine Fotodiode (PD) ist. Außerdem versteht es sich, dass die beschriebene Pixelfunktion eine vollständige Reihe von Pixeln 10 abdeckt. Zunächst werden der mit dem Knotenpunkt "a" verbundene Fotodetektor 12 und der Knotenpunkt "b", bei dem es sich um den Eingangsknotenpunkt für den Sourcefolgersignal-Transistor 21 handelt, durch Anlegen einer "Durchlassspannung" an das Gate 15 des Reset-Transistors 14 zurückgestellt (RG geht auf high). Dadurch wird die als Fotodetektor 12 verwendete Fotodiode PD zurückgestellt und der Sourcefolgereingang am Knotenpunkt "b" des Cps 23 an einen der VDD (d.h., der Versorgungsspannung) im Wesentlichen gleichen Potentialpegel angeklemmt. Die Spannung am Knotenpunkt "a" ist der hier als Vrst bezeichnete Resetpegel des PD 12. Die Spannung am Knotenpunkt "a" wird im Taktdiagramm mit Vpixa, die Spannung am Knotenpunkt "b" mit Vpixb bezeichnet. Nach dem das Resetsignal nicht mehr am Reset-Gate anliegt, floatet der Knotenpunkt "b", und am Cps 23 liegt die Spannung VDD-Vrst an. Vrst sollte dem Wert von VDD sehr nahe sein, wegen des Johnson-Geräuschs im Reset-Transistor kann es jedoch eine geringfügige Abweichung geben.
  • Dann wird das Reset-Gate 15 abgeschaltet (RG geht auf low), und die Integrationszeit für den Fotodetektor 12 beginnt. Bei abgeschaltetem Reset-Gate 15 des Reset-Transistors 14 beginnen die Fotoelektronen, den Fotodetektor 12 zu füllen. Infolgedessen nimmt die Spannung Vpixa an dem mit dem Knotenpunkt "a" verbundenen Fotodetektor 12 von ihrem Resetpegel um einen zur Menge des einfallenden Lichts, der Integrationszeit und der Kapazität der Fotodiode 12 (PD) proportionalen Wert ΔV ab. Da die mit dem Knotenpunkt "b" verbundene Seite des Kondensators Cps 23 nach dem Abschalten des Reset-Gate 15 weiter floatet, kann die in der Platte des mit dem Knotenpunkt "b" verbundenen Kondensators Cps 23 gespeicherte Ladung sich nicht verändern, und die auf den Pixel-Resetpegel Vrst bezogene Spannung am Cps 23 muss konstant bleiben. Entsprechend ändert sich auch das Potential des Knotenpunkts "b" (Vpixb) um ΔV. Dabei ist ΔV der auf das Signal bezogene, hier als Vsig bezeichnete Wert. Die Spannung am Knotenpunkt "b" wird dann (VDD-Vsig). Der Reihenauswahl-Transistor 24 wird am Ende der Integrationszeit eingeschaltet, indem das Reihenauswahl-Gate 25 auf hi gesetzt wird, und gestattet das Auslesen des Signalpegels, der sich während der Integrationszeit im Fotodetektor 12 aufgebaut hat, und dessen Speicherung im Spalten-Kondensator Cs 45. Die Speicherung des integrierten Signals im Kondensator Cs 45 wird durch das Sample-and-Hold-Übernahmesignal SHR 44 gesteuert (SHS geht auf high, dann auf low).
  • Wie vorstehend erläutert, ist der Signalpegel gleich (VDD-Vsig). Der im Cs 45 gespeicherte Signalpegel ist somit auf den Resetpegel der Fotodiode 12 vor Beginn der Integration bezogen und ist gleich [Av(VDD-Vsig + Voffset)]. Dabei ist Voffset die Offsetspannung des Sourcefolgers, Av die Spannungsverstärkung des Sourcefolgers. Danach wird das Gate 15 wieder eingeschaltet, so dass es den Sourcefolgereingang an VDD anklemmt und die Fotodiode (PD) 12 zurückstellt. Solange das Reset-Gate 15 noch eingeschaltet und der Eingang des Sourcefolgers des Pixels noch mit VDD verbunden ist, wird der Ausgangssignalpegel durch das Sample-and-Hold-Übernahmesignal SHR 46 auf dem Spaltenkondensator 47 gespeichert. Auf dem Cr 47 wird der Signalpegel (VDD + Voffset) gespeichert. Dann wird das Reset-Gate 15 zum Reset-Transistor 14 abgeschaltet und die Integration für diese Reihe für das nächste Feld eingeleitet. Danach wird der auf dem Cs 45 gespeicherte Anfangssignalpegel durch den Differenzverstärker 32 bezüglich des auf dem Cr 47 gespeicherten geklemmten Pegels differentiell ausgelesen, um die Sourcefolger-Offsetspannung des Pixels aufzuheben. Vout = [Av(VDD – Vsig + Voffset)] – [Av(VDD + Voffset)] = Av(-Vsig.)
  • Aus der vorstehenden Beschreibung der Funktionsweise ist ersichtlich, dass diese Pixelarchitektur ein echtes CDS-Ausgangssignal liefert, ohne dass ein Reset-Feld gespeichert werden muss und ohne dass eigene separate Integrationszeiten für jede Reihe nötig sind. Da das Sig nal zusätzlich zum Resetpegel integriert wird und zum Auslesen des Signalpegels keine Signalladung vom Fotodetektor übertragen wird, hat dieses Pixel auch keine Abklingverzögerung.
  • 4a zeigt eine Draufsicht der realen Ausführung des Pixels gemäß 2. Wie in 2 weist das Pixel 10 in 4 einen Fotodetektor 12 (PDET) auf, der unter Verwendung entweder einer Fotodiode oder eines Fotogates aufgebaut sein kann, ferner einen Reset-Transistor 14 mit einem Reset-Gate 15 (RG), einen Reihenauswahl-Transistor 24 mit einem Reihenauswahl-Gate (RSG) 25, einen Sourcefolgereingangssignal-Transistor 21 (SIG) und einen Pixelsignal-Kondensator 23 (Cps). Der Reset-Transistor 14 weist nur ein Gate 15 und ein Drain 18, jedoch zwei separate Sources 16, 17 auf. Die Source 17 ist mit demselben elektrischen Knotenpunkt wie der PDET 12 auf der "a"-Seite des Cps 23 verbunden, die andere Source 16 ist mit dem Gate des SIG 21 auf der "b"-Seite des Cps 23 verbunden. Der Einfachheit halber und zur besseren Sicht wurden die Metallzwischenschichten in 4a weggelassen, während sie im Pixeldiagramm in 2 und der Draufsicht-Darstellung in 4 gut zu erkennen sind.
  • In 4a ist der Signal-Kondensator (Cps) 23 über dem PDET 12 zu erkennen. Dargestellt ist hier die Draufsicht der bevorzugten Ausführungsform, bei der die untere Platte oder Seite "a" des Cps 23 durch den Fotodetektor und die obere Platte oder Seite "b" des Cps 23 dadurch gebildet ist, dass das Polysilicongate mit dem Sourcefolger-Eingangsgate sich über den Fotodetektor erstreckt. Die Seiten des Cps 23 sind durch die Oxidschicht 66 des Gate zwischen SIG 21 und PDET 12 voneinander getrennt. Der Füllfaktor dieser Pixelanordnung ist jenem der bekannten Standard-3T-Pixelarchitekturen vergleichbar.
  • In 4b, die eine Querschnittsansicht des Pixels entlang der Linie B-B' in 4a darstellt, ist der CPS 23 dadurch ausgebildet, dass die zur Ausbildung der Gateelektrode des SIG 21 dienende Schicht über mindestens einen Bereich des PDET 12 ausgedehnt ist. Bei der bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Schicht 43 aus Polysilicon besteht, dem Material, dass für die Mengenherstellung von Gateelektroden durch sub-μm CMOS-Standardprozesse verwendet wird. Die Oxidschicht 66 des Gate könnte auch aus Indiumzinnoxid (ITO) oder einem anderen Gateelektrodenmaterial hergestellt sein, das im sichtbaren Lichtspektrum vollständig transparent ist, um so eine bessere Blautransmission im Vergleich zu Polysilicon zu erhalten.
  • Andere Aspekte der Erfindung beinhalten folgendes:
    • 1. Die Erfindung, worin die erste Seite und die zweite Seite des Transistors jede Änderung des Potentials nach Anlegen des vorbestimmten Signals an das Reset-Gate speichern.
    • 2. Den aktiven Pixelsensor, worin die Reseteinrichtung ferner folgendes umfasst: einen Reset-Transistor mit einer mit dem ersten elektrischen Knotenpunkt verbundenen ersten Source und einer mit dem zweiten elektrischen Knotenpunkt verbundenen zweiten Source und ein Reset-Gate am Reset-Transistor, das mit einem Reset-Steuerbus verbunden ist, sowie ein Drain am Reset-Transistor, das mit einem Versorgungsspannungsbus verbunden ist.
    • 3. Die Erfindung, worin der Verstärker ein Sourcefolger-Verstärker ist, der mit einer einen Auswahltransistor enthaltenden Auswahleinrichtung verbunden ist, so dass durch Betatigung des Auswahltransistors das der Größe der zweiten elektrischen Knotenpunktspannung entsprechende Folgerausgangssignal auf einen Ausgangssignalbus gelegt wird.
    • 4. Die Erfindung mit ferner einem Auswahltransistor, der ein Reihenauswahltransistor ist, der das der Größe der zweiten elektrischen Knotenpunktspannung entsprechende Sourcefolgerausgangssignal auf einen Reihenausgangssignalbus legt.
    • 5. Die Erfindung, worin das Anlegen eines vorbestimmten Signals an das Reset-Gate den ersten elektrischen Knotenpunkt und den Fotodetektor auf ein erstes vorgegebenes Potential und den zweiten elektrischen Knotenpunkt auf ein zweites vorgegebenes Potential zurücksetzt, und wobei das Anlegen eines zweiten vorbestimmten Signals an das Reset-Gate es ermöglicht, dass die zweite Seite des Kondensators auf dem zweiten elektrischen Knotenpunkt floatet, während der mit dem ersten elektrischen Knotenpunkt verbundene Fotodetektor Ladung aufnehmen kann.
    • 6. Die Erfindung, worin die erste Seite und die zweite Seite des Transistors jede Potentialänderung nach dem Anlegen des zweiten vorbestimmten Signals an das Reset-Gate speichern.
    • 7. Die Erfindung, worin der Signalkopplungstransistor durch den Fotodetektor und eine Polysiliconschicht gebildet wird, die mindestens einen Abschnitt des Fotodetektors überlagert und durch eine dielektrische Schicht vom Fotodetektor getrennt ist.
    • 8. Die Erfindung mit ferner einer Elektrode aus Indiumzinnoxid (ITO), die mit dem Fotodetektor elektrisch verbunden ist, um dessen Potentialpegel zu steuern.
    • 9. Die Erfindung, worin der Signalkopplungstransistor durch den Fotodetektor und eine Indiumzinnoxidschicht (ITO) gebildet wird, die mindestens einen Abschnitt des Fotodetektors überlagert und von diesem durch eine dielektrische Schicht getrennt ist.

Claims (7)

  1. Aktiver Pixelsensor mit einer Vielzahl von Pixeln, von denen mindestens eines umfasst: einen Fotodetektor (12), der mit einem ersten elektrischen Knotenpunkt (a) elektrisch verbunden ist; einen Pixelsignalkupplungskondensator (23), der eine erste, mit dem ersten elektrischen Knotenpunkt (a) verbundene Seite und eine zweite, mit einem zweiten elektrischen Knotenpunkt (b) verbundene Seite aufweist; einen Reset-Transistor (14) mit zwei separaten Sources, von denen eine erste Source (17) mit dem ersten elektrischen Knotenpunkt (a) und eine zweite Source (16) mit dem zweiten elektrischen Knotenpunkt (b) verbunden ist; ein auf dem Reset-Transistor (14) vorgesehenes Reset-Gate (15), das mit einem Reset-Steuerbus verbunden ist, und ein auf dem Reset-Transistor vorgesehener Drain (18), der mit einem Spannungsversorgungsbus verbunden ist; und einen Verstärker (21), der mit dem zweiten elektrischen Knotenpunkt (b) elektrisch verbunden ist.
  2. Aktiver Pixelsensor nach Anspruch 1, worin der Verstärker (21) ein Source-Folgeverstärker ist, der mit einem ausgewählten Transistor verbunden ist, derart, dass durch die Betätigung des ausgewählten Transistors das Source-Folgeausgangssignal erzeugt wird, das der Größe der zweiten elektrischen Knotenpunktspannung auf einem Ausgangssignalbus entspricht.
  3. Aktiver Pixelsensor nach Anspruch 1, worin ein ausgewählter Transistor (24) ein Reihenauswahltransistor ist, der das Verstärkerausgangssignal erzeugt, das der Größe der zweiten elektrischen Knotenpunktspannung auf einem Ausgangssignalbus entspricht.
  4. Aktiver Pixelsensor nach Anspruch 1, worin das Anlegen eines vorbestimmten Signals an das Reset-Gate den ersten elektrischen Knotenpunkt und den Fotodetektor auf ein erstes vorgegebenes Potential und den zweiten elektrischen Knotenpunkt auf ein zweites vorgegebenes Potential zurücksetzt, und wobei das Anlegen eines zweiten vorbestimmten Signals an das Reset-Gate es zulässt, dass die zweite Seite des Kondensators auf dem zweiten elektrischen Knotenpunkt gleitet, während der mit dem ersten elektrischen Knotenpunkt verbundene Fotodetektor Ladung aufnehmen kann.
  5. Aktiver Pixelsensor nach Anspruch 1, worin der Signalkupplungskondensator (23) vom Fotodetektor gebildet wird und eine mindestens einen Abschnitt des Fotodetektors überlagernde Polysiliconschicht vom Fotodetektor durch eine dielektrische Schicht getrennt ist.
  6. Aktiver Pixelsensor nach Anspruch 1, mit einer Elektrode aus Indiumzinnoxid (ITO), die mit dem Fotodetektor (12) elektrisch verbunden ist, um dessen Potentialpegel zu steuern.
  7. Aktiver Pixelsensor nach Anspruch 1, worin der Signalkupplungskondensator (23) vom Fotodetektor gebildet wird und eine mindestens einen Abschnitt des Fotodetektors überlagernde Indiumzinnoxidschicht vom Fotodetektor durch eine dielektrische Schicht getrennt ist.
DE69935895T 1998-11-20 1999-11-08 Architektur eines aktiven pixelsensors mit drei transistoren und korrelierter doppelabtastung Expired - Lifetime DE69935895T2 (de)

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