FR2705183A1 - Structure améliorée d'adressage à diodes pour adressage d'un réseau de transducteurs. - Google Patents
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Abstract
La présente invention concerne un commutateur à diodes pour lire un troisième transducteur photo-électrique qui intègre et qui stocke des porteurs générés par des photons. Les diodes de commutation sont aménagées de façon que pendant la durée où elles sont passantes, la résistance de commutation demeure linéaire et constante pendant la totalité de la durée de lecture du transducteur photosensible, quel que soit le nombre de porteurs générés par les photons stockés dans le transducteur photosensible.
Description
i
STRUCTURE AMELIOREE D'ADRESSAGE A DIODES POUR
ADRESSAGE D'UN RESEAU DE TRANSDUCTEURS
CHAMP DE L'INVENTION
La présente invention concerne le champ des dispositifs d'image et des afficheurs à semi- conducteurs. L'invention concerne plus particulièrement une structure d'adressage de pixels améliorée pour un
dispositif d'image à semi-conducteurs.
CONTEXTE DE L'INVENTION
Des dispositifs d'image à semi-conducteurs sont fabriqués pour permettre l'acquisition d'images. Un dispositif d'image à semi- conducteurs est constitué typiquement d'un réseau de pixels photosensibles. Chaque emplacement de pixel doit comporter un mécanisme qui convertit le flux de photons incident sur cet emplacement en un signal électrique, c'est-à-dire, en une source de courant proportionnelle au flux de photons incident, un emplacement de stockage sur lequel le signal recueilli entre les lectures est stocké, et un commutateur qui fournit un chemin de lecture à basse impédance lorsque le pixel est interrogé, et qui fournit
un isolement lorsque le pixel n'est pas interrogé.
Chacun des pixels photosensibles comporte typiquement un ou plusieurs éléments à semi-conducteur, tels que des diodes ou des transistors. Pendant le fonctionnement, le
réseau de pixels du dispositif d'image à semi-
conducteurs est exposé à une lumière incidente et chacun des pixels génère un signal de sortie proportionnel au flux de photons incident qu'il reçoit. Le dispositif d'image à semi-conducteurs peut ainsi permettre l'acquisition d'images en adressant chacun des pixels se trouvant dans le réseau et en déterminant l'amplitude du signal provenant de chacun des pixels. La Figure 1
représente la structure d'un dispositif d'image à semi-
conducteurs 10 typique de l'art antérieur.
En se référant à la Figure 1, un dispositif d'image à semi-conducteurs 10 comporte un réseau de pixels photosensibles 11l couplé à un circuit de balayage horizontal 13 par l'intermédiaire de plusieurs lignes de colonnes 17a à 17h, et à un circuit de balayage vertical 14 par l'intermédiaire de plusieurs lignes de rangées 16a à 16n. Le circuit de balayage vertical 14 et le circuit de balayage horizontal 13 sont couplés au circuit de sortie 15. Le réseau de pixels photosensibles 11 comporte plusieurs pixels, chacun étant constitué d'une photodiode et d'une diode de commutation connectées respectivement en sens inverse à l'une des lignes de rangées 16a-16n et à l'une des lignes de colonnes 17a-17n. Les circuits de balayage horizontal et vertical 13 et 14 sont constitués de registres à décalage et de commutateurs à transistors. Pour lire le signal lumineux provenant de chacun des pixels du réseau
11, les lignes de rangées et les lignes de colonnes 16a-
16n et 17a-17n sont connectées successivement au circuit de sortie 15 par des circuits de balayage 13 et 14, et l'impulsion requise pour la lecture du signal lumineux provenant de chaque pixel est appliquée à celui-ci par
le circuit de balayage vertical 14.
Comme cela est connu, il est nécessaire qu'un pixel qui fonctionne selon un mode d'intégration de flux de photons possède typiquement trois propriétés fondamentales. Premièrement, le pixel doit générer un courant qui est proportionnel au flux de photons incident. Deuxièmement, le pixel doit être capable d'intégrer le courant généré par les photons et de stocker temporairement la charge accumulée. Enfin, un commutateur est nécessaire, isolant la jonction PN du pixel des autres pixels lorsqu'il est dans sa position OUVERT, et présentant une très faible impédance pour permettre une lecture rapide et complète de la charge
accumulée lorsqu'il est dans sa position FERME.
La Figure 2 représente sous forme de schéma de circuit électrique la structure d'un pixel de l'art antérieur 12 du réseau 11 de la Figure 1, qui possède les propriétés décrites ci-dessus. En se référant à la Figure 2, le pixel 12 comporte une photodiode 23 et une diode de commutation 22 connectées ensemble en sens inverse. Les condensateurs 24 et 25 sont respectivement les capacités parasites des diodes 22-23. Pendant la durée de la lecture (c'est-à-dire, la durée d'une impulsion), le générateur d'impulsions 21 applique une impulsion ayant une tension V0 à l'anode de la diode 22 pour polariser en direct la diode 22 et pour polariser en inverse la diode 23 de façon que le noeud 26 soit chargé approximativement à la tension V0. Le courant de charge qui traverse la diode 23, proportionnel au flux de photons intégré, est mesuré sur le circuit de sortie 20. Lorsque l'impulsion cesse à la fin de la durée de l'impulsion, les diodes 22 et 23 sont toutes deux polarisées en inverse, restituant ainsi la tension V0 au noeud 26. Pendant la durée du balayage, les charges des courants de photons, dues aux porteurs générés par les photons, sont stockées dans la capacité de jonction polarisée en inverse de la diode 23 et dans les condensateurs 22-23. Pendant que les porteurs générés par les photons s'accumulent, la tension du noeud 26
décroît à partir de la tension V0 chargée initialement.
La chute de tension du noeud 26 est sensiblement directement proportionnelle à l'intégrale de la lumière incidente pendant la durée du balayage. Puis, pendant la durée de la lecture suivante, une autre impulsion de tension V0 est appliquée sur l'anode de la diode 22 afin de polariser en direct la diode 22 qui recharge le noeud 26 approximativement à la tension V0. Lorsque l'impulsion s'achève, les deux diodes 22 et 23 sont
polarisées en inverse, et le processus de photo-
détection décrit ci-dessus se répète.
Toutefois, des inconvénients sont associés à
la structure de pixel de l'art antérieur décrite ci-
dessus. L'un des inconvénients associés consiste en ce que la diode de commutation présente typiquement une caractéristique de polarisation en direct non-linéaire pendant son fonctionnement o elle est polarisée en direct. Ceci est dû au fait que, lorsque la tension du noeud 26 s'approche de la tension V0 de l'impulsion pendant la durée de l'impulsion, la tension aux bornes de la diode de commutation s'approche de zéro. Ceci entraîne une tension de polarisation en direct très faible sur la diode de commutation. La tension de polarisation en direct très faible sur la diode de commutation provoque un fonctionnement de la diode de commutation dans sa zone non-linéaire de polarisation en direct, avec une impédance très élevée. En conséquence, la constante de temps formée par l'impédance élevée de polarisation en direct non-linéaire de la diode de commutation et la capacité parasite accumulée sur le noeud 26, dépasse typiquement la largeur de l'impulsion appliquée à la diode de commutation, provoquant ainsi une charge incomplète du noeud 26 pendant la durée de l'impulsion. Ceci entraîne typiquement que la lumière incidente n'est pas mesurée avec précision. Si la largeur de l'impulsion est augmentée afin de dépasser la constante de temps, la vitesse de lecture du pixel diminue jusqu'à un point o le réseau ne peut pas être
utilisé dans de nombreuses applications.
Une autre forme d'art antérieur utilise un transistor à couche mince ("TFT") comme commutateur, pour lire et isoler le pixel. Le processus nécessaire pour fabriquer un TFT est beaucoup plus compliqué, ce
qui diminue le rendement.
RESUME ET BUTS DE L'INVENTION
L'un des buts de la présente invention consiste à fournir une structure de pixels améliorée
pour un dispositif d'image à semi-conducteurs.
Un autre but de la présente invention consiste à fournir une structure de pixels améliorée pour un dispositif d'image à semi-conducteurs, dans laquelle la lumière incidente est détectée avec précision par le
dispositif d'image à semi-conducteurs.
Un autre but de la présente invention consiste à fournir une structure de pixels améliorée pour un dispositif d'image à semi-conducteurs, dans laquelle la diode de commutation de la structure de pixels présente une résistance maximisée lorsqu'elle est polarisée en inverse et une résistance minimisée lorsqu'elle est
polarisée en direct.
Un autre but de la présente invention consiste à fournir une structure de pixels améliorée pour un dispositif d'image à semi-conducteurs, dans laquelle le commutateur peut être fabriqué simultanément avec la photodiode. Un autre but de la présente invention consiste à fournir une structure de pixels améliorée pour un dispositif d'image à semiconducteurs, dans laquelle il est assuré que la diode de commutation de la structure de pixels fonctionne dans sa zone linéaire de
polarisation en direct pendant la durée de l'impulsion.
Un autre but de la présente invention consiste à réaliser un commutateur à partir de deux diodes pour lire depuis une troisième diode photosensible qui intègre et qui stocke les porteurs générés par les photons dans sa capacité de jonction appauvrie. Les diodes de commutation sont aménagées de façon que pendant la durée o elles sont passantes, la résistance équivalente du commutateur demeure linéaire et constante pendant la totalité de la durée de lecture de la diode photosensible, quel que soit le nombre de porteurs générés par les photons stockés dans la capacité de
jonction appauvrie de la diode photosensible.
Un autre but de la présente invention consiste à augmenter de façon importante la vitesse de la durée de lecture de la diode photosensible par rapport aux techniques antérieures qui utilisaient une diode de commutation pour lire les charges accumulées dans les
diodes photosensibles.
Ces buts sont atteints grâce à une application unique des techniques de commutation et de polarisation de la diode. Pour conserver une faible résistance constante à l'état passant, les deux diodes de commutation en série reçoivent simultanément des impulsions complémentaires appliquées aux deux bornes des diodes en série, afin de les polariser en direct pendant la durée de la lecture. La troisième diode est un transducteur photosensible, qui est connecté au noeud série des diodes de commutation, de façon que le transducteur photosensible soit toujours en état de polarisation en inverse, qu'il se trouve en mode de lecture ou d'intégration. La borne restante du transducteur est connectée à un circuit de sortie qui détecte les porteurs générés par les photons et les porteurs sombres, lorsque les diodes de commutation reçoivent des impulsions alors qu'elles sont polarisées en direct pendant la durée de lecture. Puis, pendant le mode d'intégration, l'impulsion est retirée, les diodes de commutation sont polarisées en inverse, et le transducteur photosensible accumule les porteurs générés
par les photons et les porteurs sombres.
Une structure de pixels d'un dispositif d'image à semi- conducteurs comporte un transducteur photosensible, un circuit de commutation, et un circuit de blocage. Le transducteur photosensible comporte une première borne couplée à un noeud et une seconde borne couplée à un circuit de sortie. Le transducteur photosensible génère des porteurs qui sont proportionnels au flux de photons incident sur le transducteur photosensible, et il stocke les porteurs dans celui-ci. Le circuit de commutation comporte une première borne couplée au noeud et une seconde borne couplée à une source d'impulsions. La source d'impulsions applique périodiquement une première tension à la seconde borne du circuit de commutation, afin de polariser en direct le circuit de commutation et de polariser en inverse le transducteur photosensible, de façon que le noeud soit chargé vers la première tension. Le courant de charge, proportionnel aux porteurs générés par les photons qui sont stockés dans le transducteur, est mesuré par le circuit de sortie. Le circuit de blocage est couplé au noeud afin de bloquer le noeud à une seconde tension augmentée de la chute de tension de seuil de la diode de blocage, lorsque la source d'impulsion applique la première tension à la seconde borne du circuit de commutation. Pendant le temps o la première tension est appliquée à la seconde
borne du circuit de commutation, le noeud est bloqué en-
dessous de la première tension et il est empêché de s'approcher de la première tension. Le circuit de commutation peut alors fonctionner dans une zone de polarisation en direct sensiblement linéaire avec une résistance minimisée. Le circuit de blocage comporte une diode de blocage et une seconde source d'impulsions. La seconde source d'impulsions peut générer soit une seconde tension constante, soit une seconde impulsion de tension. Un avantage de la commande de la diode de blocage par une impulsion est qu'il est possible de rendre le front de l'impulsion coïncidente et d'amplitude pratiquement égale, assurant ainsi une
première annulation de transitoires de commutation non-
désirés. D'autres buts, caractéristiques et avantages de la présente invention deviendront évidents d'après
les dessins annexés et d'après la description détaillée
qui suit.
BREVE DESCRIPTION DES DESSINS
La présente invention est illustrée au moyen d'un exemple et sans limitations, par les figures des dessins annexés, dans lesquelles des références semblables indiquent des éléments similaires, et dans lesquelles: La Figure 1 est un schéma synoptique d'un dispositif d'image à semi-conducteurs de l'art antérieur, comportant un réseau de pixels photosensibles; La Figure 2 est un schéma synoptique représentant schématiquement l'un des pixels photosensibles de la Figure 1; La Figure 3 est un schéma synoptique représentant schématiquement le circuit d'un pixel photosensible de la présente invention; La Figure 4 est un schéma synoptique de la structure du pixel photosensible de la Figure 3, selon une réalisation de la présente invention; La Figure 5 est un schéma synoptique d'un autre circuit du pixel photosensible de la Figure 3, selon une autre réalisation de la présente invention; La Figure 6 est une courbe tension-courant d'une diode, représentant la zone linéaire de polarisation en direct, la zone non-linéaire de polarisation en direct, et la zone de polarisation en inverse de la diode; Les Figures 7 et 8 sont des schémas synoptiques de la structure de pixel photosensible de la Figure 3, selon d'autres réalisations de la présente invention.
DESCRIPTION DETAILLEE
La Figure 3 représente sous forme de schéma synoptique, la structure d'un pixel photosensible 30, selon une réalisation de la présente invention. Comme représenté sur la Figure 3, le pixel 30 comporte un circuit de commutation 33, un circuit photosensible 34, et un circuit de blocage 35. Le circuit photosensible 34 est utilisé pour générer un courant proportionnel au flux de photons incident. Les circuits de commutation et de blocage 33 et 35 sont utilisés dans le pixel 30 pour fournir un chemin de lecture à faible impédance lorsque le pixel 30 est interrogé, et pour fournir un chemin d'isolement lorsque le pixel 30 n'est pas interrogé. Le circuit de blocage 35 assure également que le chemin à faible impédance présente une résistance minimisée et que l'isolement présente une résistance maximisée. Les Figures 4-5 et 7-8 représentent différentes mises en oeuvre du pixel 30 de la Figure 3, qui seront décrites
en détail ci-dessous.
La Figure 4 représente sous forme de schéma de circuit électrique, une structure de pixel 40 d'un dispositif d'image à semi-conducteurs, qui est une réalisation du pixel 30 de la Figure 3. Sur la Figure 4, le pixel 40 comporte une diode de commutation 41 et une diode photosensible 42. Les cathodes des diodes 41 et 42 sont reliées ensemble au noeud 47. L'anode de la diode de commutation 41 est connectée à un générateur d'impulsions 51 afin de recevoir une impulsion de tension V0 pendant la durée d'une impulsion Ts. L'anode de la diode photosensible 42 est connectée à un circuit de sortie 50. Le circuit de sortie 50 reçoit les porteurs stockés générés par les photons depuis la diode photosensible 42 pendant la durée d'une impulsion Ts, pendant que le générateur d'impulsions 51 applique une impulsion de tension V0 à la diode de commutation 41. La durée de l'impulsion Ts et la durée du balayage T1 i1 constituent ensemble la durée d'un cycle Tp, comme représenté sur la Figure 4. Le photo-courant constitué des porteurs générés par les photons que reçoit le circuit de sortie 50, est proportionnel au flux de photons incident sur la diode 42. La diode 41 comporte une capacité parasite 43, la diode 42 comporte une capacité parasite 44, et la diode 48 comporte une
capacité parasite 45.
Le pixel 40 comporte également une diode de blocage 48 et une source de tension 46. La diode de blocage 48 a son anode couplée au noeud 47 et sa cathode couplée à l'extrémité positive de la source de tension 46. L'extrémité négative de la source de tension 46 est couplée à la masse. La source de tension 46 possède une tension Vc. La fonction de la diode de blocage 48 et de la source de tension 46 consiste à bloquer la tension du noeud 47 à la tension Vc augmentée de la tension de seuil de la diode de blocage 48, de façon que pendant la durée de l'impulsion Ts, la tension de polarisation en direct au bornes de la diode de commutation 41 soit suffisamment importante. Ceci assure que la diode 41 fonctionne dans sa zone linéaire de polarisation en direct avec une faible impédance, ce qui va être décrit
plus en détail ci-dessous, en liaison avec la Figure 6.
Dans une réalisation, la tension V0 est d'environ + 5 volts et la tension VC est d'environ + 4 volts. Dans d'autres réalisations, les tensions V0 et Vc
peuvent avoir des valeurs de tension différentes.
Toutefois, la différence de tension entre les tensions V0 et Vc doit être supérieure à la tension de seuil de la diode de commutation 41 augmentée de la tension de
seuil de la diode de blocage 48.
En se référant maintenant à la Figure 6, la courbe 90 représente la relation entre le courant qui traverse une diode et la tension qui existe aux bornes de la diode. Comme on peut le voir d'après la Figure 6, lorsque la tension aux bornes de la diode est inférieure à zéro volts, la diode fonctionne dans une zone de polarisation en inverse. Lorsque la tension aux bornes de la diode est supérieure à la tension de seuil VT de la diode, mais inférieure à une tension V1, la diode
commence à conduire et fonctionne dans une zone non-
linéaire de polarisation en direct 91. Dans la zone 91, le courant qui traverse la diode présente une relation non-linéaire avec la tension présente aux bornes de la diode. Lorsque la tension aux bornes de la diode dépasse la tension V1, la diode commence à présenter une relation courant-tension sensiblement linéaire. Ceci est appelé zone linéaire de polarisation en direct 92 de la diode. Comme on peut le voir d'après la courbe 90, la diode présente une impédance très faible lorsqu'elle se trouve dans la zone linéaire de polarisation en direct 92. En conséquence, si la diode de commutation 41 de la Figure 4 est maintenue dans sa zone linéaire de polarisation en direct et présente une impédance très faible, la tension aux bornes de la diode de commutation
41 reste supérieure à la tension V1. Comme décrit ci-
dessus en ce qui concerne la Figure 4, la diode de blocage 48 et la source de tension 46 bloquent la tension du noeud 47 à la tension Vc augmentée de la tension de seuil de la diode de blocage 48. En fixant la valeur de tension de la tension VC, la tension présente aux bornes de la diode de commutation 41 peut être assurée être supérieure à la tension V1, de sorte que la diode de commutation 41 fonctionne toujours dans sa zone linéaire de polarisation en direct pendant la durée de l'impulsion Ts. Le fonctionnement du pixel 40 de la Figure 4 par rapport à la diode de blocage 48 et la source de tension 46 va maintenant être décrit plus en détail. En se référant de nouveau à la Figure 4, pendant le fonctionnement et pendant chaque durée d'impulsion TS, le générateur d'impulsions 51 délivre une impulsion de tension V0 à l'anode de la diode de commutation 41 pour polariser en direct la diode de commutation 41 et pour polariser en inverse la diode photosensible 42, chargeant le noeud 47 vers la tension V0. Le générateur d'impulsions 51 délivre de façon répétitive et périodique l'impulsion de tension V0 à la diode de commutation 41. Pendant la durée de l'impulsion Ts, la tension du noeud 47 est initialement très faible (c'est-à-dire voisine de zéro), ce qui entraîne que la tension présente aux bornes de la diode de commutation 41 est très élevée, dépassant largement la tension V1, et entraînant un fonctionnement de la diode 41 dans sa zone linéaire de polarisation en direct. Dans ce cas, un courant très important passe à travers la diode de commutation 41, chargeant rapidement les capacités parasites 43-45 au noeud 47. Lorsque le noeud 47 est
chargé, la tension du noeud 47 augmente en conséquence.
Lorsque la tension du noeud 47 s'approche de la tension VC augmentée de la tension de seuil de la diode de blocage 48, la diode de blocage 48 conduit et bloque la
tension du noeud 47 contre toute autre augmentation.
En raison de la diode de blocage 48 et de la source de tension 46, la diode de commutation 41 est forcée à fonctionner dans sa zone linéaire de polarisation en direct, et le noeud 47 peut être chargé de façon suffisante et rapide par la tension V0 pendant la durée de l'impulsion Ts. Ceci assure que pendant la durée de balayage T1 qui suit, la charge stockée au noeud 47 est sensiblement suffisante, aux bornes de la capacité de jonction polarisée en inverse de la diode 42 et des capacités 43-45, pour que la diode photosensible 42 détecte la lumière incidente et stocke les porteurs générés par les photons dans sa capacité de jonction
polarisée en inverse et dans les capacités 43-45.
Pendant la durée d'impulsion TS, le courant de charge polarise et appauvrit la capacité de jonction de la diode photosensible 42, et charge simultanément les capacités parasites 43 à 45, fixant ainsi les étapes du mode d'intégration de photons pendant la durée du balayage T1. Pendant la durée du balayage T1, les porteurs générés par les photons sont stockés dans la capacité de jonction appauvrie de la diode photosensible 42 et dans les capacités parasites 43 à 45. Pendant que les porteurs proportionnels au flux de photons incident sur le pixel 40 sont stockés, le noeud 47 décroît vers zéro. En conséquence, pendant la durée de l'impulsion TS, le courant de charge qui traverse la diode
photosensible 42 est proportionnel au flux de photons.
En conséquence, en mesurant le courant de charge dans les circuits de sortie 50, un pixel proportionnel au flux de photons incident sur la diode 42 est vu par sortie. A la fin de la durée de l'impulsion TS, le générateur d'impulsions 51 cesse d'appliquer l'impulsion à la diode de commutation 41 et la tension sur l'anode de la diode de commutation 41 atteint zéro, tout comme celle de l'anode de la diode photosensible 42. Ceci entraîne que les deux diodes 41-42 se trouvent en état de polarisation en inverse, provoquant le stockage de la tension chargée au noeud 47 aux bornes de la capacité de la jonction polarisée en inverse de la diode 42 et aux bornes des capacités parasites 43-45. Dans la réalisation actuellement préférée, la tension de claquage VB des diodes 41 et 42 est supérieure à la tension V0. A ce moment, la diode de commutation 41 est essentiellement un circuit ouvert pour la charge stockée
au noeud 47.
Lorsque le générateur d'impulsions 51 cesse d'appliquer l'impulsion, le pixel 40 passe dans le mode
de balayage. Pendant la durée du balayage T1 (c'est-à-
dire, lorsque le pixel 40 est en mode de balayage), la tension du noeud 47 diminue, en raison sensiblement du courant généré par les photons constitué des porteurs générés par les photons qui traversent la diode photosensible 42. Le courant généré par les photons qui traverse la diode 42 est proportionnel au flux de photons incident sur la diode photosensible 42. A ce moment, la diode de blocage 48 est polarisée en inverse et ne tire aucun courant du noeud 47 pendant que la tension du noeud 47 diminue. En conséquence, la diode de blocage 48 ne modifie pas le fonctionnement du pixel
pendant la durée du balayage T1.
Dans une autre réalisation, la diode de commutation 41 et la diode photosensible 42 ont chacune leur anode couplée au noeud 47. La cathode de la diode de commutation 41 est couplée au générateur d'impulsions 51 et la cathode de la diode photosensible 42 est couplée au circuit de sortie 50. Le générateur d'impulsions 51 applique une impulsion de tension -V0 à la cathode de la diode de commutation 41 pendant la durée de l'impulsion Ts. La diode de blocage 48 a sa cathode couplée au noeud 47 et son anode couplée à la source d'alimentation 46. La source d'alimentation 46 délivre une tension -VC à l'anode de la diode de blocage 48. Dans cette autre réalisation, le générateur d'impulsions 51 applique une impulsion de tension -V0 à la diode de commutation 41 pendant la durée de l'impulsion Ts. La diode de blocage 48 et la source d'alimentation 46 bloquent le noeud 47 à la tension -Vc augmentée de la tension de seuil de la diode de blocage 48, effectuant ainsi la même fonction. Pendant la durée du balayage T1, le photo-courant stocke les porteurs générés par les photons dans la capacité de jonction appauvrie de la diode photosensible 42 et dans la capacité 43-45 pendant que la diode de blocage 48 reste bloquée. La Figure 5 représente sous forme de schéma de circuit électrique, une structure de pixels 60 d'un dispositif d'image à semi- conducteurs, qui est une autre réalisation du pixel 30 de la Figure 3. Sur la Figure 5, la structure de pixels 60 est identique à celle du pixel de la Figure 4, à l'exception du fait que la source de tension 46 de la Figure 4 est remplacée par un générateur d'impulsions 66 sur la Figure 5. En se référant à la Figure 5, la diode 61 est la diode de commutation du pixel 60 et la diode 62 est la diode photosensible du pixel 60. La diode 65 est la diode de blocage. Le générateur d'impulsions 71 applique l'impulsion de tension VO et le circuit de sortie 70 reçoit le photo-courant provenant de la diode photosensible 62. Les condensateurs 63, 64 et 68 sont les capacités parasites respectives des diodes 61-62 et , au noeud 67. La diode de blocage 65 est couplée au noeud 67 et au générateur d'impulsions 66. Le générateur d'impulsions 66 applique une impulsion de tension Vc à la diode de blocage 65 en descendant depuis une tension élevée VD à la tension Vc pendant la durée de l'impulsion Ts. Pendant la durée du balayage T1, le générateur d'impulsions 66 cesse d'appliquer l'impulsion de tension Vc en revenant à la tension VD depuis la tension Vc. Comme décrit ci-dessus, la tension VD est supérieure à la tension Vc. Ainsi, la diode de blocage est assurée ne pas devenir passante pendant la durée du balayage T1, ce qui dans le cas contraire pourrait tirer du courant du noeud 67 et modifier la précision de la détection des porteurs générés par les photons, par le circuit de sortie 70 pendant la durée de la lecture, c'est-à-dire, la durée de l'impulsion Ts. Ainsi, la configuration de la Figure 4 assure au pixel 60 un fonctionnement plus stable et plus précis. De plus, la configuration du pixel 60 peut être utilisée efficacement pour annuler les transitoires de commutation non-désirés provenant de la tension V0 de l'impulsion pendant la durée de l'impulsion Ts. En générantune tension d'impulsion complémentaire Vc pendant Ts, les impulsions transitoires sont soustraites
de la tension d'impulsion V0.
Dans une réalisation, la tension VD est d'environ + 8 volts et la tension Vc est d'environ + 4 volts. La tension V0 est d'environ + 5 volts. Dans d'autres réalisations, les tensions VD, VC et V0 peuvent présenter des valeurs différentes. Toutefois, il est nécessaire que la tension VD soit supérieure à la tension VC, et que la tension V0 soit inférieure à la tension V0 moins la tension de seuil de la diode de
commutation 61 et de la diode de blocage 65.
Dans une autre réalisation, le sens de la jonction PN des diodes 61, 62, et 65 peut être commuté dans le circuit de pixel. Dans ce cas, le générateur d'impulsions 71 applique l'impulsion de tension -V0 à la diode 61 et le générateur d'impulsions 66 applique l'impulsion de tension -Vc à partir de la tension -VD à
la diode de blocage 65.
La Figure 7 représente la structure de pixel 100 d'un dispositif d'image à semi-conducteurs qui est une autre réalisation du pixel 30 de la Figure 3. Comme on peut le voir d'après la Figure 7, la structure du pixel 100 est la même que celle du pixel 60 de la Figure , à l'exception du fait que la diode 61 est la diode de commutation du pixel 60 de la Figure 5 tandis qu'un transistor est utilisé dans le pixel 100 de la Figure 7 comme diode de commutation. Dans une réalisation, le
transistor 105 est un transistor à couche mince.
La Figure 8 représente une autre structure de pixel 120 qui est une autre réalisation du pixel 30 de la Figure 3. Comme on peut le voir d'après la Figure 8, un condensateur sensible à la lumière 123 est utilisé
comme diode photosensible.
Dans la spécification précédente, l'invention a été décrite en référence à une réalisation spécifique de celle-ci. Toutefois, il est évident que différentes modifications et changements peuvent être apportés à celle-ci sans s'écarter de l'esprit et du champ général
de l'invention tel que présenté dans les revendications
annexées. La spécification et les dessins doivent, en conséquence, être considérés dans un sens descriptif
plutôt que dans un sens restrictif.
Claims (20)
- REVENDICATIONSIl est revendiqué: 1. Une structure de pixels d'un dispositif d'image à semi-conducteurs, comportant: (A) un circuit de transducteur photosensible ayant (1) une première borne couplée à un noeud et (2) une seconde borne couplée à un circuit de sortie, dans laquelle le circuit de transducteur photosensible (1) génère un courant qui est une fonction du flux de photons incident du circuit de transducteur photosensible et (2) stocke les porteurs générés par les photons; (B) un circuit de diode de commutation ayant une première borne couplée au noeud et une seconde borne couplée à une source d'impulsions, dans laquelle la source d'impulsions applique périodiquement une première tension à la seconde borne du circuit de diode de commutation afin de polariser en direct le circuit de diode de commutation et de polariser en inverse le circuit de transducteur photosensible, de façon que le noeud soit chargé vers la première tension; (C) un circuit de blocage ayant une diode de blocage, couplé au noeud, pour bloquer le noeud à une seconde tension augmentée de la tension de seuil de la diode de blocage, lorsque la source d'impulsion applique la première tension à la seconde borne du circuit de diode de commutation, dans laquelle la seconde tensionest inférieure à la première tension.
- 2. La structure de pixels selon la revendication 1, dans laquelle le circuit de blocage bloque le noeud à la seconde tension augmentée de la tension de seuil de la diode de blocage, de façon que le circuit de diode de commutation fonctionne dans une zone de polarisation en direct avec une résistance minimisée lorsque la première tension est appliquée à la secondeborne du circuit de diode de commutation.
- 3. La structure de pixels selon la revendication 1, dans laquelle le circuit de transducteur photosensible comporte une diode photosensible et le circuit de diode de commutation comporte une diode de commutation, dans laquelle le circuit de blocage comporte en outre: (i) la diode de blocage ayant une première borne couplée à la seconde source de tension et une seconde borne couplée au noeud; (ii) une source de tension couplée à la première borne de la diode de blocage, dans laquelle la source de tension délivre la seconde tension à lapremière borne de la diode de blocage.
- 4. La structure de pixels selon la revendication 1, dans laquelle le circuit de transducteur photosensible comporte une diode photosensible et le circuit de diode de commutation comporte une diode de commutation, dans laquelle le circuit de blocage comporte en outre: (i) la diode de blocage ayant une première borne couplée à la seconde source de tension et une seconde borne couplée au noeud; (ii) une source d'impulsions de blocage couplée à la première borne de la diode de blocage pour délivrer de façon sélective la seconde tension au noeud par l'intermédiaire de la diode de blocage, dans laquelle la source d'impulsions de blocage délivre la seconde tension à la première borne de la diode de blocage lorsque la source d'impulsions applique la première tension à la seconde borne du moyen de diode de commutation, dans laquelle la source d'impulsions de blocage délivre une troisième tension à la première borne de la diode de blocage lorsque la source d'impulsions n'applique pas la première tension à la seconde borne du moyen de diode de commutation, dans laquelle la troisième tension est supérieure à lapremière et à la seconde tensions.
- 5. La structure de pixels selon la revendication 3, dans laquelle la première tension est d'environ 5 volts et la seconde tension est d'environ 4 volts.
- 6. La structure de pixels selon la revendication 4, dans laquelle la première tension est d'environ 5 volts, la seconde tension est d'environ 4volts, et la troisième tension est d'environ 8 volts.
- 7. La structure de pixels selon la revendication 3, dans laquelle la première tension est supérieure à la seconde tension augmentée de la tension de seuil de la diode de commutation et de la tension deseuil de la diode de blocage.
- 8. La structure de pixels selon la revendication 4, dans laquelle la première tension est supérieure à la seconde tension augmentée de la tension de seuil de la diode de commutation et de la tension deseuil de la diode de blocage.
- 9. Un dispositif d'image à semi-conducteurs, comportant: (A) au moins une ligne de rangées; (B) au moins une ligne de colonnes; (C) au moins un pixel photosensible aménagé à une intersection de la ligne de rangées et de la ligne de colonnes, dans lequel le pixel photosensible comporte en outre: (i) un circuit de transducteur photosensible ayant (1) une première borne couplée à un noeud et (2) une seconde borne couplée à la ligne de colonnes, dans lequel le circuit de transducteur photosensible stocke les porteurs générés par les photons et génère un courant qui est une fonction du flux de photons incident du circuit de transducteur photosensible vers la ligne de colonnes à laquelle le transducteur photosensible est couplé; (ii) un circuit de diode de commutation ayant une première borne couplée au noeud et une seconde borne couplée à la ligne de rangées, dans lequel la seconde borne du circuit de diode de commutation reçoit périodiquement une première tension provenant de la ligne de rangées à laquelle le circuit de diode de commutation est couplé, afin de polariser en direct le circuit de diode de commutation et de polariser en inverse le circuit de transducteur photosensible, de façon que le noeud soit chargé vers la première tension; (iii)un circuit de blocage ayant une diode de blocage couplée au noeud, pour bloquer le noeud à une seconde tension augmentée de la tension de seuil de la diode de blocage lorsque la première tension est appliquée à la seconde borne du circuit de diode de commutation, dans lequel la seconde tension est inférieure à la première tension; (D) un circuit couplé à la ligne de rangées et à la ligne de colonnes pour délivrer périodiquement la première tension à la ligne de rangées, et pour recevoir le courant provenant du pixel photosensible parl'intermédiaire de la ligne de colonnes.
- 10. Le dispositif d'image à semi-conducteurs selon la revendication 9, dans lequel le circuit de blocage bloque le noeud à la seconde tension augmentée de la tension de seuil de la diode de blocage, de façon que le circuit de diode de commutation fonctionne dans une zone de polarisation en direct avec une résistance minimisée lorsque la première tension est appliquée à laseconde borne du circuit de diode de commutation.
- 11. Le dispositif d'image à semi-conducteurs selon la revendication 9, dans lequel le circuit de transducteur photosensible comporte une diode photosensible et le circuit de diode de commutation comporte une diode de commutation, dans lequel le circuit de blocage comporte en outre: (i) la diode de blocage ayant une première borne couplée à la seconde source de tension et une seconde borne couplée au noeud; (ii) une source de tension couplée à la première borne de la diode de blocage, dans lequel la source de tension délivre la seconde tension à lapremière borne de la diode de blocage.
- 12. Le dispositif d'image à semi-conducteurs selon la revendication 9, dans lequel le circuit de transducteur photosensible comporte une diode photosensible et le circuit de diode de commutation comporte une diode de commutation, dans lequel le circuit de blocage comporte en outre: (i) la diode de blocage ayant une première borne couplée à la seconde source de tension et une seconde borne couplée au noeud; (ii) une source d'impulsions de blocage couplée à la première borne de la diode de blocage pour délivrer de façon sélective la seconde tension au noeud par l'intermédiaire de la diode de blocage, dans lequel la source d'impulsions de blocage délivre la seconde tension à la première borne de la diode de blocage lorsque la source d'impulsions applique la première tension à la seconde borne du moyen de diode de commutation, dans lequel la source d'impulsions de blocage délivre une troisième tension à la première borne de la diode de blocage lorsque la source d'impulsions n'applique pas la première tension à la seconde borne de la diode de commutation, dans lequel la troisième tension est supérieure à la première et à laseconde tensions.
- 13. Le dispositif d'image à semi-conducteurs selon la revendication 11, dans lequel la première tension est d'environ 5 volts et la seconde tension estd'environ 4 volts.
- 14. Le dispositif d'image à semi-conducteurs selon la revendication 12, dans lequel la première tension est d'environ 5 volts, la seconde tension est d'environ 4 volts, et la troisième tension est d'environ8 volts.
- 15. Le dispositif d'image à semi-conducteurs selon la revendication 11, dans lequel la première tension est supérieure à la seconde tension augmentée de la tension de seuil de la diode de commutation et de latension de seuil de la diode de blocage.
- 16. Le dispositif d'image à semi-conducteurs selon la revendication 12, dans lequel la première tension est supérieure à la seconde tension augmentée de la tension de seuil de la diode de commutation et de latension de seuil de la diode de blocage.
- 17. Une structure de pixels d'un dispositif d'image à semi-conducteurs, comportant: (A) un circuit photosensible ayant (1) une première borne couplée à un noeud et (2) une seconde borne couplée à un circuit de sortie, dans laquelle le circuit photosensible génère un courant qui est une fonction du flux de photons incident du circuit de transducteur photosensible et stocke les porteurs générés par les photons; (B) un circuit de commutation ayant une première borne couplée au noeud et une seconde borne couplée à une source d'impulsions, dans laquelle la source d'impulsions applique périodiquement une première tension à la seconde borne du circuit de commutation afin de polariser en direct le circuit de commutation et de polariser en inverse le circuit photosensible, de façon que le noeud soit chargé vers la première tension; (C) un circuit de blocage couplé au noeud, pour bloquer le noeud à une seconde tension augmentée de la tension de seuil du circuit de blocage, lorsque la source d'impulsion applique la première tension à la seconde borne du circuit de commutation, dans laquellela seconde tension est inférieure à la première tension.
- 18. La structure de pixels selon la revendication 17, dans laquelle le circuit de blocage bloque le noeud à la seconde tension, de façon que le circuit de commutation fonctionne dans une zone de polarisation en direct sensiblement linéaire, avec une résistance minimisée lorsque la première tension estappliquée à la seconde borne du circuit de commutation.
- 19. La structure de pixels selon la revendication 17, dans laquelle le circuit de blocage comporte en outre: (i) une diode de blocage ayant une première borne et une seconde borne couplées au noeud; (ii) une source de tension couplée à la première borne de la diode de blocage, dans laquelle la source de tension délivre une troisième tension vers la première borne de la diode de blocage, qui est égale à la seconde tension diminuée de la tension de seuil de ladiode de blocage.
- 20. La structure de pixels selon la revendication 17, dans laquelle le circuit de blocage comporte en outre: (i) une diode de blocage ayant une première borne et une seconde borne couplées au noeud; (ii) une source d'impulsions de blocage couplée à la première borne de la diode de blocage pour délivrer de façon sélective la seconde tension au noeud par l'intermédiaire de la diode de blocage, dans laquelle la source d'impulsions de blocage délivre la seconde tension diminuée de la tension de seuil de la diode de blocage à la première borne de la diode de blocage lorsque la source d'impulsions applique la première tension à la seconde borne du moyen de diode de commutation, dans laquelle la source d'impulsions de blocage délivre une troisième tension à la première borne de la diode de blocage lorsque la source d'impulsions n'applique pas la première tension à la5 seconde borne du circuit de commutation, dans laquelle la troisième tension est supérieure à la première et àla seconde tensions.
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Effective date: 20061230 |