JP4554560B2 - 一つ以上の浮遊ゲート素子を用いるイメージ・センサ・アーキテクチャ - Google Patents
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Description
Claims (20)
- イメージ・センサに使用する回路であって、
浮遊ゲート、制御ゲート、ドレイン及びソースを有する浮遊ゲート半導体素子と、
画像からの電磁放射に曝されるように位置する感光性半導体素子と、
前記浮遊ゲート半導体素子及び前記感光性半導体素子を複数の制御モードに移行させるように接続される画素制御回路と、
を備え、
前記感光性半導体素子は、前記制御ゲートに接続されるアノードと、カソードとを有するフォトダイオードであり、
前記画素制御回路は、
前記フォトダイオードの前記アノードとカソードとの間に接続されるトランジスタ・スイッチであって、読み出し信号が供給される制御端子を有するトランジスタ・スイッチと、
消去信号に応答して、電荷の少なくとも一部分を前記浮遊ゲート半導体素子の前記浮遊ゲートから引き抜くように接続されるダイオードと
を含み、
前記制御モードは、
電荷の少なくとも一部分を前記浮遊ゲートから引き抜いて前記浮遊ゲート半導体素子を初期化状態にする消去モードと、
前記浮遊ゲートを少なくとも部分的に、前記感光性半導体素子の一端子の電圧に従って充電する露光モードであって、前記端子の前記電圧は前記感光性半導体素子が前記画像からの前記電磁放射に曝される際の露光量に対応する、前記露光モードと、
前記読み出し信号に応答して、前記トランジスタ・スイッチを駆動して導通状態とすることにより、前記浮遊ゲート半導体素子の前記ソースとドレインとの間の電流が前記浮遊ゲート上の電荷を示す表示子として検出される読み出しモードと
を含む、前記イメージ・センサに使用する回路。 - 請求項1に記載の回路において、前記制御モードは更にデータ保持モードを含み、このモードでは、前記浮遊ゲート半導体素子の前記浮遊ゲートに前記露光モードの間に捕獲された電荷は、前記感光性半導体素子が前記画像からの前記電磁放射に更に曝されても前記浮遊ゲートに保持される、回路。
- イメージ・センサに使用する回路であって、
浮遊ゲート、制御ゲート、ドレイン及びソースを有する浮遊ゲート半導体素子と、
画像からの電磁放射に曝されるように位置する感光性半導体素子と、
前記浮遊ゲート半導体素子及び前記感光性半導体素子を複数の制御モードに移行させるように接続される画素制御回路と、
を備え、
前記感光性半導体素子は、前記制御ゲートに接続されるアノードと、カソードとを有するフォトダイオードであり、
前記画素制御回路は、
読み出し信号が供給される制御ゲートと、前記フォトダイオードの前記カソードに接続されるドレインと、前記フォトダイオードの前記アノードに接続されるソースとを有するFETトランジスタであって、該FETトランジスタの前記ソース及び前記フォトダイオードの前記アノードが更に、前記浮遊ゲート半導体素子の前記制御ゲートに接続されている、FETトランジスタと、
前記浮遊ゲート半導体素子の前記制御ゲートに接続されるアノードを有するダイオードであって、消去信号に応答して、電荷の少なくとも一部分を前記浮遊ゲート半導体素子の前記浮遊ゲートから引き抜くように接続される、前記ダイオードと
を含み、
前記制御モードは、
電荷の少なくとも一部分を前記浮遊ゲートから引き抜いて前記浮遊ゲート半導体素子を初期化状態にする消去モードと、
前記浮遊ゲートを少なくとも部分的に、前記感光性半導体素子の一端子の電圧に従って充電する露光モードであって、前記端子の前記電圧は前記感光性半導体素子が前記画像からの前記電磁放射に曝される際の露光量に対応する、前記露光モードと、
前記読み出し信号に応答して、前記FETトランジスタを駆動して導通状態とすることにより、前記浮遊ゲート半導体素子の前記ソースとドレインとの間の電流が前記浮遊ゲート上の電荷を示す表示子として検出される読み出しモードと
を含む、前記イメージ・センサに使用する回路。 - 請求項3に記載の回路において、前記消去モードでは、前記FETトランジスタ及び前記浮遊ゲート半導体素子は非導通状態にあり、前記浮遊ゲート半導体素子の前記浮遊ゲートは前記ダイオードを通して放電する、回路。
- 請求項3に記載の回路において、前記露光モードでは、前記FETトランジスタ及び前記ダイオードはそれぞれ非導通状態にあり、前記フォトダイオードの前記カソードは露光電圧レベルに昇圧され、前記浮遊ゲート半導体素子の前記ドレイン及びソースには、前記フォトダイオードの前記アノードの電圧レベルに従って前記浮遊ゲートを充電するために十分な電圧が印加される、回路。
- 請求項3に記載の回路において、前記制御モードは更にデータ保持モードを含み、前記データ保持モードでは、前記FETトランジスタ及び前記ダイオードはそれぞれ非導通状態にあり、前記フォトダイオードの前記カソードは保持電圧レベルにあり、前記浮遊ゲート半導体素子の前記ドレインは事実上開放状態にある、回路。
- 請求項3に記載の回路において、前記読み出しモードでは、前記浮遊ゲート半導体素子の前記浮遊ゲートの前記制御ゲートは所定電圧にあり、前記浮遊ゲート半導体素子の前記ドレインと前記ソースとの間の電流は、前記露光モードの間に前記浮遊ゲートに注入される電荷を示す、回路。
- 基板に形成されるモノリシック・イメージ・センサであって、前記イメージ・センサは複数の画素を有し、前記複数の画素の一つ以上の画素は、
前記基板に形成され、かつ浮遊ゲートと、制御ゲートと、ドレインと、ソースとを有する浮遊ゲート半導体素子と、
前記基板に形成され、かつ画像からの電磁放射に曝されるように位置する感光性半導体素子と、
前記基板に形成され、かつ前記浮遊ゲート半導体素子及び前記感光性半導体素子を複数の制御モードに移行させるように接続される画素制御回路と、
を備え、
前記感光性半導体素子は、前記制御ゲートに接続されるアノードと、カソードとを有するフォトダイオードであり、
前記画素制御回路は、
前記フォトダイオードの前記アノードとカソードとの間に接続されるトランジスタ・スイッチであって、読み出し信号が供給される制御端子を有するトランジスタ・スイッチと、
消去信号に応答して、電荷の少なくとも一部分を前記浮遊ゲート半導体素子の前記浮遊ゲートから引き抜くように接続されるダイオードと
を含み、
前記制御モードは、
電荷の少なくとも一部分を前記浮遊ゲートから引き抜いて前記浮遊ゲート半導体素子を初期化状態にする消去モードと、
前記浮遊ゲートを少なくとも部分的に、前記感光性半導体素子の一端子の電圧に従って充電する露光モードであって、前記端子の前記電圧は前記感光性半導体素子が前記画像からの前記電磁放射に曝される際の露光量に対応する、前記露光モードと、
前記読み出し信号に応答して、前記トランジスタ・スイッチを駆動して導通状態とすることにより、前記浮遊ゲート半導体素子の前記ソースとドレインとの間の電流が前記浮遊ゲート上の電荷を示す表示子として検出される読み出しモードと
を含む、前記モノリシック・イメージ・センサ。 - 請求項8に記載のモノリシック・イメージ・センサにおいて、前記制御モードは更にデータ保持モードを含み、このモードでは、前記浮遊ゲート半導体素子の前記浮遊ゲートに前記露光モードの間に捕獲された電荷は、前記感光性半導体素子が前記画像からの前記電磁放射に更に曝されても前記浮遊ゲートに保持される、モノリシック・イメージ・センサ。
- モノリシック基板に形成される複数の画素を有するイメージ・センサであって、前記複数
の画素のうちの一つ以上の画素は、
浮遊ゲートと、制御ゲートと、ドレインと、ソースとを有する浮遊ゲート半導体素子と、
前記制御ゲートに接続されるアノードと、カソードとを有し、画像からの電磁放射に曝されるように位置するフォトダイオードと、
読み出し信号が供給される制御ゲートと、前記フォトダイオードの前記カソードに接続されるドレインと、前記フォトダイオードの前記アノードに接続されるソースとを有するFETトランジスタであって、前記FETトランジスタの前記ソース及び前記フォトダイオードの前記アノードが更に、前記浮遊ゲート半導体素子の前記制御ゲートに接続されている、FETトランジスタと、
前記浮遊ゲート半導体素子の前記制御ゲートに接続されるアノードを有するダイオードと、
を備え、
前記浮遊ゲートは、前記フォトダイオードが前記画像からの前記電磁放射に曝される際の露光量に対応する、前記フォトダイオードの一端子の電圧に従って、少なくとも部分的に充電され、
前記読み出し信号に応答して、前記FETトランジスタを駆動して導通状態とすることにより、前記浮遊ゲート半導体素子の前記ソースとドレインとの間の電流が前記浮遊ゲート上の電荷を示す表示子として検出され、
前記ダイオードは、消去信号に応答して、電荷の少なくとも一部分を前記浮遊ゲート半導体素子の前記浮遊ゲートから引き抜くように接続されている、イメージ・センサ。 - 請求項10に記載のイメージ・センサにおいて、前記イメージ・センサは消去モードで動作することができ、このモードでは、前記FETトランジスタ及び前記浮遊ゲート半導体素子は非導通状態にあり、前記浮遊ゲート半導体素子の前記浮遊ゲートは前記ダイオードを通して放電する、イメージ・センサ。
- 請求項10に記載のイメージ・センサにおいて、前記イメージ・センサは露光モードで動作することができ、このモードでは、前記FETトランジスタ及び前記ダイオードはそれぞれ非導通状態にあり、前記フォトダイオードの前記カソードは露光電圧レベルに昇圧され、前記浮遊ゲート半導体素子の前記ドレイン及びソースには、前記浮遊ゲートを前記フォトダイオードの前記アノードの電圧に従って充電するために十分な電圧が印加される、イメージ・センサ。
- 請求項10に記載のイメージ・センサにおいて、前記イメージ・センサはデータ保持モードで動作することができ、このモードでは、前記FETトランジスタ及び前記ダイオードはそれぞれ非導通状態にあり、前記フォトダイオードの前記カソードは保持電圧レベルに降圧され、前記浮遊ゲート半導体素子の前記ドレインは事実上開放状態にある、イメージ・センサ。
- 請求項12に記載のイメージ・センサにおいて、前記イメージ・センサは読み出しモードで動作することができ、このモードでは、所定電圧が前記浮遊ゲート半導体素子の前記制御ゲートに供給され、前記浮遊ゲート半導体素子の前記ドレインと前記ソースとの間の電流は、前記露光モードの間に前記浮遊ゲートに注入される電荷を示す、イメージ・センサ。
- 複数の画素から成るアレイを有するイメージ・センサを備えるデジタル・カメラであって、前記複数の画素のうちの一つ以上の画素は、
浮遊ゲートと、制御ゲートと、ドレインと、ソースとを有する浮遊ゲート半導体素子と、
画像からの電磁放射に曝されるように位置する感光性半導体素子と、
前記浮遊ゲート半導体素子及び前記感光性半導体素子を複数の制御モードに移行させるように接続される画素制御回路と、
を含み、
前記感光性半導体素子は、前記制御ゲートに接続されるアノードと、カソードとを有するフォトダイオードであり、
前記画素制御回路は、
前記フォトダイオードの前記アノードとカソードとの間に接続されるトランジスタ・スイッチであって、読み出し信号が供給される制御端子を有するトランジスタ・スイッチと、
消去信号に応答して、電荷の少なくとも一部分を前記浮遊ゲート半導体素子の前記浮遊ゲートから引き抜くように接続されるダイオードと
を含み、
前記複数の制御モードは、
前記電磁放射に曝すために、電荷の少なくとも一部分を前記浮遊ゲートから引き抜いて前記浮遊ゲート半導体素子を初期化状態にする消去モードと、
前記浮遊ゲートを少なくとも部分的に、前記感光性半導体素子の一端子の電圧に従って充電する露光モードであって、前記端子の前記電圧は前記感光性半導体素子が前記画像からの前記電磁放射に曝される際の露光量に対応する、露光モードと、
所定電圧が前記浮遊ゲート半導体素子の前記浮遊ゲートの前記制御ゲートに供給される読み出しモードであって、前記浮遊ゲート半導体素子の前記ドレインと前記ソースとの間の電流は、前記露光モードの間に前記浮遊ゲートに注入される電荷を示し、前記浮遊ゲート半導体素子の前記ドレインと前記ソースとの間の電流は、前記読み出し信号に応答して、前記トランジスタ・スイッチを駆動して導通状態とすることにより検出される、読み出しモードと、
を含み、前記デジタル・カメラは更に、
画像データを複数の前記画素の各々の画素から前記読み出しモードの間に取得するように接続されているイメージ・センサ読み出し回路と、
前記イメージ・センサ読み出し回路が取得する画像データを画像フレームに配列するように接続されているフレーム・グラバーと、
を備える、デジタル・カメラ。 - 請求項15に記載のデジタル・カメラにおいて、前記制御モードは更にデータ保持モードを含み、このモードでは、前記浮遊ゲート半導体素子の前記浮遊ゲートに前記露光モードの間に捕獲された電荷は、前記感光性半導体素子が前記画像からの前記電磁放射に更に曝されても前記浮遊ゲートに保持される、デジタル・カメラ。
- イメージ・センサの画素を動作させる方法であって、前記画素は、浮遊ゲートと、制御ゲートと、ドレインと、ソースとを有する浮遊ゲート半導体素子、及び画像からの電磁放射に曝されるように位置する感光性半導体素子を備え、前記方法は、
前記浮遊ゲート半導体素子及び前記感光性半導体素子を消去モードに駆動するステップであって、消去モードでは、前記電磁放射に曝すために、電荷の少なくとも一部分を前記浮遊ゲートから引き抜いて前記浮遊ゲート半導体素子を初期化状態にする、消去モードに駆動するステップと、
前記浮遊ゲート半導体素子及び前記感光性半導体素子を露光モードに駆動するステップであって、露光モードでは、前記浮遊ゲートを少なくとも部分的に、前記感光性半導体素子の一端子の電圧に従って充電し、前記端子の前記電圧は前記感光性半導体素子が前記画像からの前記電磁放射に曝される際の露光量に対応する、露光モードに駆動するステップと、
前記浮遊ゲート半導体素子及び前記感光性半導体素子を読み出しモードに駆動するステップであって、読み出しモードでは、前記浮遊ゲート半導体素子の前記ソースとドレインとの間の電流が前記浮遊ゲート上の電荷を示す、読み出しモードに駆動するステップと、
前記浮遊ゲート半導体素子の前記ソースとドレインとの間の前記電流を検出するステップと
を備え、
前記感光性半導体素子は、前記制御ゲートに接続されるアノード及びカソードを有するフォトダイオードであり、
前記画素は更に、
読み出し信号が供給される制御ゲートと、前記フォトダイオードの前記カソードに接続されるドレインと、前記フォトダイオードの前記アノードに接続されるソースとを有するFETトランジスタであって、前記FETトランジスタの前記ソース及び前記フォトダイオードの前記アノードが更に、前記浮遊ゲート半導体素子の前記制御ゲートに接続されている、FETトランジスタと、
前記浮遊ゲート半導体素子の前記制御ゲートに接続されるアノードを有するダイオードと
を含み、
前記浮遊ゲート半導体素子及び前記感光性半導体素子を前記消去モードに駆動する前記ステップは、
前記FETトランジスタ及び前記浮遊ゲート半導体素子を駆動して非導通状態にすること、
前記浮遊ゲート半導体素子の前記浮遊ゲートを少なくとも部分的に、前記ダイオードを通して放電すること
を含み、前記検出するステップは、
前記読み出し信号に応答して、前記FETトランジスタを駆動して導通状態とすることにより、前記浮遊ゲート半導体素子の前記ソースとドレインとの間の電流を、前記浮遊ゲート上の電荷を示す表示子として検出すること
を含む、方法。 - 請求項17に記載の方法であって、更に、前記浮遊ゲート半導体素子及び前記感光性半導体素子をデータ保持モードに駆動するステップであって、データ保持モードでは、前記浮遊ゲート半導体素子の前記浮遊ゲートに前記露光モードの間に捕獲された電荷は、前記感光性半導体素子が前記画像からの前記電磁放射に更に曝されても前記浮遊ゲートに保持される、データ保持モードに駆動するステップを備える方法。
- 請求項17に記載の方法において、前記浮遊ゲート半導体素子及び前記感光性半導体素子を前記露光モードに駆動する前記ステップは、
前記FETトランジスタ及び前記ダイオードをそれぞれ駆動して非導通状態にすること、
前記フォトダイオードの前記カソードを駆動して露光電圧レベルにすること、
前記浮遊ゲート半導体素子の前記ドレインとソースとの間の電圧を駆動して、前記フォトダイオードの前記アノードの電圧レベルに従って前記浮遊ゲートを充電するために十分な電圧にまですること、
を含む、方法。 - 請求項18に記載の方法において、前記浮遊ゲート半導体素子及び前記感光性半導体素子を前記データ保持モードに駆動する前記ステップは、
前記FETトランジスタ及び前記ダイオードを駆動して非導通状態にすること、
前記フォトダイオードの前記カソードを駆動して保持電圧レベルにすること、
前記浮遊ゲート半導体素子の前記ドレインを駆動して事実上開放状態にすること、
を含む、方法。
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