KR100266657B1 - 이중 리셋 구조를 갖는 모스형 증폭 촬상소자 - Google Patents

이중 리셋 구조를 갖는 모스형 증폭 촬상소자 Download PDF

Info

Publication number
KR100266657B1
KR100266657B1 KR1019980001545A KR19980001545A KR100266657B1 KR 100266657 B1 KR100266657 B1 KR 100266657B1 KR 1019980001545 A KR1019980001545 A KR 1019980001545A KR 19980001545 A KR19980001545 A KR 19980001545A KR 100266657 B1 KR100266657 B1 KR 100266657B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
electrons
reset
reset switch
diffusion layer
image pickup
Prior art date
Application number
KR1019980001545A
Other languages
English (en)
Other versions
KR19990065971A (ko
Inventor
유영준
Original Assignee
김영환
현대반도체주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 김영환, 현대반도체주식회사 filed Critical 김영환
Priority to KR1019980001545A priority Critical patent/KR100266657B1/ko
Priority to CNB98124484XA priority patent/CN1203664C/zh
Priority to JP11011445A priority patent/JPH11261896A/ja
Publication of KR19990065971A publication Critical patent/KR19990065971A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR100266657B1 publication Critical patent/KR100266657B1/ko

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14601—Structural or functional details thereof
    • H01L27/14609—Pixel-elements with integrated switching, control, storage or amplification elements
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/70—SSIS architectures; Circuits associated therewith
    • H04N25/76—Addressed sensors, e.g. MOS or CMOS sensors

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Multimedia (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
  • Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)

Abstract

본 발명은 전자 셔터 기능을 하는 모스형 증폭 촬상소자에 관한 것으로, 전자 셔터의 타이밍 조절 기능이 모든 픽셀에 똑같이 작용하기에 용이하고, 모스형 촬상 소자에서 발생하는 고정된 패턴 노이즈(Fixed Pattern Noise) 제거에 반드시 필요한 상관 이중 샘플링(Correlated Double Sampling; CDS) 회로를 동작시킬 때, 셔터동작이 용이하도록 이중 리셋 구조를 갖는 모스형 증폭 촬상소자에 관한 것이다.

Description

이중 리셋 구조를 갖는 모스형 증폭 촬상소자
본 발명은 전자 셔터 기능을 하는 모스형 증폭 촬상소자에 관한 것으로, 특히 전자셔터의 타이밍이 모든 픽셀에 똑같이 작용하기에 용이하고, 고정된 패턴 노이즈 제거에 반드시 필요한 상관 이중 샘플링(CDS) 회로가 동작하기에 용이하도록 이중 리셋 구조를 갖는 모스형 증폭 촬상소자에 관한 것이다.
종래 기술의 모스형 증폭 촬상소자의 픽셀은 도 1 에 도시된 바와 같이 포토게이트신호(PG)에 의해 선택적으로 빛을 받아 전자를 축적시키는 포토다이오드(PD)와, 그 포토다이오드(PD)에 축적된 전자를 전송제어신호(TG)에 의해 제어되어 N+로 형성된 유동 확산층(Floating Diffusion; FD)에 전송하는 전송 엔모스 트랜지스터(NM1)와, 리셋신호(RG)에 의해 유동 확산층(FD)에 남아있는 전자를 배출하여 초기화하는 리셋 엔모스 트랜지스터(NM2)와, 유동 확산층(FD)에 전송된 전자를 입력받아 증폭하는 증폭 엔모스 트랜지스터(NM3)와, 열선택신호(RS)에 의해 스위칭되어 상기 증폭 엔모스 트랜지스터(NM3)에 의해 증폭된 신호를 출력하는 열선택 엔모스 트랜지스터(NM4)와, 부하저항으로 사용되는 정전류전원(CC)으로 구성되어, 열선택 엔모스 트랜지스터(NM4)와 정전류전원(CC) 사이에서 출력신호(OUT)가 상관 이중 샘플링(CDS) 회로에 출력된다.
도 2 는 이와 같이 구성된 종래 기술의 모스형 증폭 촬상소자의 단면도를 나타낸 것이다.
이와 같이 구성된 종래 기술의 동작을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
먼저, 포토다이오드(PD)에 빛이 입사되면 피-엔 접합으로 이루어진 공핍층에 전하가 발생하고, 포토게이트신호(PG)가 하이레벨일 동안 누적된다.
이때, 전송 엔모스 트랜지스터(NM1)가 온 되어 유동 확산층(FD)에 전자가 유입되면, 유입된 전자의 양만큼 유동 확산층(FD)의 전압이 변동하게 된다.
유동 확산층(FD)의 전압 변동에 따라 증폭 엔모스 트랜지스터(NM3)의 채널에 영향을 주어 유동 확산층(FD)의 전압 변동 값을 증폭한다.
이어서, 열선택신호(RS)에 의해 열선택 엔모스 트랜지스터(NM4)가 온 될 때, 상기 증폭 엔모스 트랜지스터(NM3)에 의해 증폭된 변동 값이 상관 이중 샘플링(CDS) 회로에 출력된다.
이러한 동작이 끝나면 유동 확산층(FD)에 남아있는 전자를 리셋신호(RG)에 의해 리셋 엔모스 트랜지스터(NM2)가 온 될 때, 배출하여 다음 동작을 위해 초기화시킨다.
이러한 일련의 동작은 스캐닝할 때마다 반복하게 된다.
이와 같은 종래 기술의 촬상소자가 전자셔터 기능을 하기 위해서는 전송 게이트 엔모스 트랜지스터(NM1)와 리셋 엔모스 트랜지스터(NM2)를 읽기 모드가 되기 전에 한 번 더 동작시켜야 하는데, 이때, 전송제어신호(TG) 및 리셋신호(RG)가 매우 복잡해진다. 따라서, 매우 복잡한 구동 회로를 픽셀과 인접한 곳에 형성 시켜야 하는 문제점이 발생한다. 즉, 모든 픽셀에 똑같은 광 누적 셔터 시간을 갖게 하는 것이 어렵다.
따라서, 본 발명의 목적은 모스형 증폭 촬상소자에 별도의 구동회로의 추가 없이 모든 픽셀에 똑같은 광 누적 셔터 시간을 갖게 하는 모스형 증폭 촬상소자를 제공하는데 있다.
이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 모스형 증폭 촬상소자는 빛을 입력받아 전자를 축적시키는 포토다이오드와, 그 포토다이오드에 남아있는 전자 또는 역광에 의해 과잉 축적된 전자를 배출하는 제 1 리셋스위치와, 상기 포토다이오드에 축적된 전자를 유동 확산층으로 전송하는 전송 수단과, 유동 확산층에 남아있는 전자를 배출하여 초기화하는 제 2 리셋스위치와, 유동 확산층에서 전송된 전자를 받아 증폭하는 증폭 수단과, 열선택신호에 의해 스위칭되는 열선택 스위치로 구성된 것을 특징으로 한다.
도 1 은 종래 기술의 모스형 증폭 촬상소자의 회로도.
도 2 는 도 1 에 있어서, 단면도.
도 3 은 본 발명의 이중 리셋 구조를 갖는 모스형 증폭 촬상소자의 회로도.
도 4 는 도 3 에 있어서, 단면도.
도 5 는 도 3 에 있어서, 회로의 레이아웃.
도 6 은 도 3 에 있어서, 동작 타이밍도.
도 7 은 도 3 에 있어서, 강한 역광이 입력될 때의 동작 타이밍도.
*** 도면의 주요부분에 대한 부호설명 ***
PD : 포토다이오드
NM31-NM35 : 엔모스 트랜지스터
CC : 정전류전원
31 : 피형 웰 또는 피형 기판
32 : N+ 영역
33, 35 : N 영역
34 : FD 영역
도 3 에 도시된 바와 같은 본 발명의 이중 리셋 구조를 갖는 모스형 증폭 촬상소자는 포토게이트신호(PG)의 제어에 의해 선택적으로 빛을 받아 전자를 축적시키는 포토다이오드(PD)와, 제 1 리셋신호(RG1)에 의해 제어되어 상기 포토다이오드(PD)에 남아있는 전자 또는 강한 역광에 의해 과잉 축적된 전자를 배출하는 제 1 리셋 엔모스 트랜지스터(NM31)와, 전송제어신호(TG)에 의해 제어되어 상기 포토다이오드(PD)에 축적된 전자를 유동 확산층(FD)으로 전송하는 전송 엔모스 트랜지스터(NM32)와, 제 2 리셋신호(RG2)에 의해 제어되어 유동 확산층(FD)에 남아있는 전자를 배출하여 유동 확산층(FD)을 초기화하는 제 2 리셋 엔모스 트랜지스터(NM33)와, 유동 확산층(FD)에 전송된 전자를 받아 증폭하는 증폭 엔모스 트랜지스터(NM34)와, 열선택신호(RS)에 의해 제어되는 열선택 엔모스 트랜지스터(NM35)와, 부하저항으로 사용되는 정전류전원(CC)으로 구성되어 상기 열선택 엔모스 트랜지스터(NM35)의 소오스에서 출력신호(OUT)가 출력된다.
이와 같은 회로를 구성하기 위한 단면도와 레이아웃을 각각 도 4 과, 도 5 에 도시하였다.
이와 같이 구성된 본 발명의 촬상소자의 동작을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
전자 셔터로써 동작하지 않을 때는 종래 기술의 촬상소자의 동작과 동일하게 동작한다.
하지만, 전자 셔터를 동작시킬 때는 도 6A 에 도시된 바와 같은 제 1 리셋 신호(RS1)에 의해 제 1 리셋 엔모스 트랜지스터(NM31)를 온 시켜 초기화 한 후, 포토다이오드(PD)에 빛이 입력되고, 도 6B 에 도시된 바와 같은 하이 레벨의 포토게이트신호(PG)가 입력되어 포토다이오드(PD)에 전자들이 누적된다. 이때, 도 6C 에 도시된 바와 같은 제 2 리셋 신호(RS2)에 의해 제 2 리셋 엔모스 트랜지스터(NM33)를 온 시켜 유동 확산층(FD)을 초기화하고, 일정한 시간이 지난 후에 도 6D 에 도시된 바와 같은 전송게이트신호(TG)에 의해 전송 엔모스 트랜지스터(NM32)를 온 시켜, 포토다이오드(PD)에 누적된 전자들을 유동 확산층(FD)에 전송하게 된다.
유동 확산층(FD)에 유입된 전자들은 증폭 엔모스 트랜지스터(NM34)에 의해 증폭되고, 이때, 도 6E 에 도시된 바와 같은 열선택신호(RS)가 입력되면 열선택 엔모스 트랜지스터(NM35)가 온 되어 도 6F 에 도시된 바와 같은 아날로그의 출력신호(OUT)를 상관 이중 샘플링(CDS) 회로에 출력된다.
만약, 강한 역광이 입사되면, 도 7A 에 도시된 바와 같은 제 1 리셋 신호(RS1)를 입력하여 강한 역광에 의해 발생하는 블루밍을 억제하기 위해 포토다이오드(PD)에 축적된 과잉전자를 배출하게 된다.
이때, 제 1 리셋 신호(RS1)의 펄스 개수는 역광의 세기에 비례하여 증가하게 된다.
도 7B 에 도시된 바와 같이 상기 제 1 리셋 신호(RS1)가 끝나는 시점에서 포토게이트신호(PG)가 하이레벨이 되어, 포토다이오드(PD)에 전자를 축적하게 된다.
이때, 도 7C 에 도시된 바와 같은 제 2 리셋 신호(RS2)에 의해 제 2 리셋 엔모스 트랜지스터(NM33)를 온 시켜 유동 확산층(FD)을 초기화하고, 일정한 시간이 지난 후에 도 7D 에 도시된 바와 같은 전송게이트신호(TG)에 의해 전송 엔모스 트랜지스터(NM32)를 온 시켜, 포토다이오드(PD)에 누적된 전자들을 유동 확산층(FD)에 전송하게 된다.
유동 확산층(FD)에 유입된 전자들은 증폭 엔모스 트랜지스터(NM34)에 의해 증폭되고, 이때, 도 7E 에 도시된 바와 같은 열선택신호(RS)가 입력되면 열선택 엔모스 트랜지스터(NM35)가 온 되어 도 7F 에 도시된 바와 같은 아날로그의 출력신호(OUT)를 상관 이중 샘플링(CDS) 회로에 출력한다.
따라서, 본 발명은 이중 리셋 구조를 사용하므로 모든 픽셀이 똑같은 셔터시간을 갖게 하는 것이 용이해 지기 때문에 별도의 구동회로를 추가할 필요가 없는 효과가 있다.
또한, 강한 역광이 입사되었을 때, 블루밍을 억제할 수 있는 효과가 있다.
덧붙여서, 모스형 촬상소자에 반드시 사용되는 고정 패턴 노이즈(Fixed Pattern Noise)를 제거하기 위한 칼럼 상관 이중 샘플링(CDS) 회로를 동작시킬 때, 셔터 동작이 용이해지는 효과가 있다.

Claims (6)

  1. 빛을 입력받아 전자를 축적시키는 포토다이오드와, 그 포토다이오드에 남아있는 전자 또는 역광에 의해 과잉 축적된 전자를 배출하는 제 1 리셋스위치와, 상기 포토다이오드에 축적된 전자를 유동 확산층으로 전송하는 전송 수단과, 유동 확산층에 남아있는 전자를 배출하여 초기화하는 제 2 리셋스위치와, 유동 확산층에서 전송된 전자를 받아 증폭하는 증폭 수단과, 열선택신호에 의해 스위칭되는 열선택 스위치를 포함하는 것을 특징으로 하는 이중리셋 구조를 갖는 모스형 증폭 촬상소자.
  2. 제 1 항에 있어서, 강한 역광이 입사될 때, 제 1 리셋 스위치를 복수 번 스위칭하는 것을 특징으로 하는 이중 리셋 구조를 갖는 모스형 증폭 촬상소자.
  3. 제 1 항에 있어서, 제 1 리셋 스위치가 스위칭 동작을 마칠 때부터 전송 수단이 전송을 시작할 때까지가 셔터시간이 되는 것을 특징으로 하는 이중 리셋 구조를 갖는 모스형 증폭 촬상소자.
  4. 제 1 항에 있어서, 제 1 리셋 스위치는 포토다이오드에 인접하고, 제 2 리셋 스위치는 유동 확산층에 인접한 것을 특징으로 하는 이중 리셋 구조를 갖는 모스형 증폭 촬상소자.
  5. 제 1 항에 있어서, 제 1 리셋 스위치, 제 2 리셋 스위치, 전송 수단, 증폭 수단 및 열선택 스위치를 모스 트랜지스터로 구성하는 것을 특징으로 하는 이중 리셋 구조를 갖는 모스형 증폭 촬상소자.
  6. 제 1 항에 있어서, 제 1 리셋 스위치 및 제 2 리셋 스위치의 드레인을 N+로 도핑하고, "U" 자, "C" 자 또는 "L" 자 형태로 형성하여 공통으로 사용하는 것을 특징으로 하는 이중 리셋 구조를 갖는 모스형 증폭 촬상소자.
KR1019980001545A 1998-01-20 1998-01-20 이중 리셋 구조를 갖는 모스형 증폭 촬상소자 KR100266657B1 (ko)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1019980001545A KR100266657B1 (ko) 1998-01-20 1998-01-20 이중 리셋 구조를 갖는 모스형 증폭 촬상소자
CNB98124484XA CN1203664C (zh) 1998-01-20 1998-11-11 具有双复位系统的金属氧化物半导体型放大图象传感器
JP11011445A JPH11261896A (ja) 1998-01-20 1999-01-20 Ｍｏｓ型増幅撮像素子

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1019980001545A KR100266657B1 (ko) 1998-01-20 1998-01-20 이중 리셋 구조를 갖는 모스형 증폭 촬상소자

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR19990065971A KR19990065971A (ko) 1999-08-16
KR100266657B1 true KR100266657B1 (ko) 2000-10-02

Family

ID=19531811

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1019980001545A KR100266657B1 (ko) 1998-01-20 1998-01-20 이중 리셋 구조를 갖는 모스형 증폭 촬상소자

Country Status (3)

Country Link
JP (1) JPH11261896A (ko)
KR (1) KR100266657B1 (ko)
CN (1) CN1203664C (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101162555B1 (ko) * 2002-10-17 2012-07-05 소니 주식회사 고체 촬상 소자 및 그 제어 방법

Families Citing this family (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7129979B1 (en) * 2000-04-28 2006-10-31 Eastman Kodak Company Image sensor pixel for global electronic shuttering
US6720592B1 (en) * 2001-06-29 2004-04-13 National Semiconductor Corp. Apparatus for high sensitivity, low lag, high voltage swing in a pixel cell with an electronic shutter
US20060049337A1 (en) * 2001-10-09 2006-03-09 Martin Waeny Optoelectronic sensor
KR101028137B1 (ko) * 2003-04-30 2011-04-08 크로스텍 캐피탈, 엘엘씨 씨모스 이미지 센서의 단위화소
JP3829833B2 (ja) 2003-09-09 2006-10-04 セイコーエプソン株式会社 固体撮像装置及びその駆動方法
US7129883B2 (en) * 2004-02-23 2006-10-31 Sony Corporation Method and apparatus for AD conversion, semiconductor device for detecting distribution of physical quantity, and electronic apparatus
WO2005122555A1 (fr) * 2004-06-09 2005-12-22 Via Technologies, Inc. Fonctionnement d'un bloc capteur d'images et un dispositif capteur d'images equipe d'un tel bloc
JP4870528B2 (ja) 2006-11-17 2012-02-08 オリンパス株式会社 固体撮像装置
KR100788381B1 (ko) * 2006-12-22 2008-01-02 동부일렉트로닉스 주식회사 씨모스 이미지 센서 및 그 제조 방법
JP5101972B2 (ja) 2007-10-02 2012-12-19 オリンパス株式会社 固体撮像装置
US8928787B2 (en) * 2009-12-22 2015-01-06 Samsung Electronics Co., Ltd. Photographing apparatus and photographing method
JP5485680B2 (ja) * 2009-12-22 2014-05-07 三星電子株式会社 撮像装置および撮像方法
JP5528093B2 (ja) * 2009-12-22 2014-06-25 三星電子株式会社 撮像装置および撮像方法
JP5718069B2 (ja) 2011-01-18 2015-05-13 オリンパス株式会社 固体撮像装置および撮像装置
FR3002691B1 (fr) * 2013-02-28 2016-10-28 E2V Semiconductors Capteur d'image avec grille d'anti-eblouissement
CN111246134A (zh) * 2020-01-16 2020-06-05 锐芯微电子股份有限公司 图像传感器的抗弥散方法及图像传感器

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101162555B1 (ko) * 2002-10-17 2012-07-05 소니 주식회사 고체 촬상 소자 및 그 제어 방법

Also Published As

Publication number Publication date
JPH11261896A (ja) 1999-09-24
CN1203664C (zh) 2005-05-25
KR19990065971A (ko) 1999-08-16
CN1224300A (zh) 1999-07-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100266657B1 (ko) 이중 리셋 구조를 갖는 모스형 증폭 촬상소자
KR100654878B1 (ko) 고체 촬상 소자 및 카메라 시스템
US5739562A (en) Combined photogate and photodiode active pixel image sensor
KR101031982B1 (ko) 고상 촬상 디바이스 및 그 구동 방법
US20060108507A1 (en) Active pixel sensor and image sensing module
KR20010112377A (ko) 센서 소자 및 이를 포함하는 이미지 센서
JP2007060500A (ja) 増幅型固体撮像装置
EP1471725B1 (en) Photosensitive apparatus
WO2011064921A1 (ja) 固体撮像装置、その駆動方法、及び撮像装置
JP4655785B2 (ja) 固体撮像素子の駆動方法

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20130531

Year of fee payment: 14

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20140529

Year of fee payment: 15

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20160330

Year of fee payment: 17

LAPS Lapse due to unpaid annual fee