KR100790586B1 - Ｃｍｏｓ 이미지 센서 액티브 픽셀 및 그 신호 감지 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 CMOS 이미지 센서 액티브 픽셀 및 그 신호 감지 방법에 관한 것으로서, 다기능을 갖는 신호 전하량 감지부를 픽셀에 사용하여 낮은 구동전압의 조건하에서도 전하량 감지노드의 n형 확산영역의 전압을 크게 부스팅시키고, 전하량 감지노드의 n형 확산영역에 오믹접촉을 형성하지 않고 신호전압을 커패시터로 커플링하는 기술을 개시한다. 이러한 본 발명은 제 1도전형의 제 1반도체영역에 형성된 제 2도전형의 제 1확산영역을 포함하고, 입사된 빛을 흡수하여 하전입자를 생성하여 제 1확산영역에 저장하는 포토다이오드; 제 1도전형의 제 2반도체영역에 형성된 제 2도전형의 제 2확산영역과, 제 2확산영역을 제 1전극으로 하고 제 2확산영역의 상측에 형성된 전극을 제 2전극으로 하는 커플링 커패시터를 포함하고, 제 1확산영역으로부터 전달된 하전입자를 제 2확산영역에 저장하는 CCFD(Capacitor Combined Floating Diffusion) 감지노드; 제 1확산영역에 저장된 하전입자를 제 2확산영역으로 전달하는 트랜스퍼 게이트; 리셋 전압원과 제 2확산영역 사이에 연결되어 제 2확산영역의 전압을 리셋시키는 리셋 스위치; 제 2전극과 입력단자가 연결되어 제 2전극의 전압에 대응하는 전압 신호를 픽셀 어레이의 신호선으로 전달하는 신호 증폭기; 및 제 2전극 및 신호 증폭기의 입력단자에 일측 단자가 공통 연결되고, 가변 전압원에 다른 측 단자가 연결되어, 가변 전압원의 전압을 제 2전극 및 상기 신호 증폭기의 입력단자에 인가하는 스위치를 포함한다.
CMOS 이미지 센서, 액티브픽셀, FD 부스팅, 커플링 커패시터 감지노드
Description
도 1은 종래의 이미지 센서 픽셀의 구조를 나타낸 도면.
도 2는 도 1의 이미지 센서 픽셀의 한 실시예의 단면도 및 회로도.
도 3은 본 발명에 따른 이미지 센서 액티브 픽셀 구조를 나타낸 도면.
도 4는 도 3에서 신호 전하량 감지노드 부분을 확대한 단면도 및 회로도.
도 5는 본 발명에 따른 이미지 센서 액티브 픽셀에 관한 다른 실시예.
도 6은 본 발명에 따른 이미지 센서 액티브 픽셀에 관한 또 다른 실시예.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호 설명 *
PPD: 핀드 포토다이오드(Pinned Photodiode)
41,47 : P-웰
42,49 : n형 확산영역
43 : p+ 영역
44 : 트랜스퍼 게이트(Transfer Gate)
45 : 다기능 전하량 감지부
46 : CCFD 감지노드(Capacitor Combined Floating Diffusion Sensing Node)
CC : 커플링 커패시터(Coupling Capacitor)
50 : 제 2전극
51,51a,51b : 절연층
52 : 리셋 스위치
53 : 스위치
54 : 신호 증폭기
70 : 소스팔로워(Source Follower) 증폭기
본 발명은 CMOS(Complementary Metal-Oxide Semiconductor) 이미지 센서 액티브 픽셀 및 그 신호 감지 방법에 관한 것으로서, 특히, CMOS 이미지 센서의 액티브 픽셀에서 다기능을 갖는 신호 전하량 감지부의 구조, 기능 및 동작 방법에 관한 기술이다.
일반적으로 이미지 센서는 외부의 광학 영상신호를 전기 영상신호로 변환하는 장치이다. 특히, CMOS 이미지 센서는 CMOS 제조 기술을 이용하여 제작된 이미지 센서이다. CMOS 이미지 센서에서 각 픽셀(Pixel)은 피사체의 대응 부분에서 복사되는 빛 신호를 포토다이오드를 이용하여 전자로 바꾼 후에 저장하고, 축적된 전하량을 전압 신호로 바꾸어서 출력하는 방식을 사용한다.
이러한 종래의 CMOS 이미지 센서 픽셀에서는 신호 전하량을 감지하기 위하여 전하량 감지노드(Charge Sensing Node)로서 플로팅 확산(Floating Diffusion;FD) 감지노드를 사용한다. 플로팅 확산 감지노드를 리셋(Reset)시키기 위한 리셋 스위치와 리셋 전압원을 플로팅 확산 감지노드와 결합하여 전하량 감지부(Charge Sensing Part)를 구성한다.
도 1은 이러한 종래의 CMOS 이미지 센서의 픽셀 구조를 나타낸 도면이다.
종래의 CMOS 이미지 센서는 포토다이오드(Photodiode)(1)와, 트랜스퍼 게이트(Transfer Gate)(5)와, 전하량 감지부(6) 및 신호 증폭기(Signal Amplifier)(12)를 포함한다. 여기서, 전하량 감지부(6)는 플로팅 확산 감지노드(Floating Diffusion Sensing Node)(9), 리셋 스위치(Reset Switch)(10), 및 리셋 전압원(Reset Voltage Source) VR을 포함한다.
도 1에서 커패시터(8)는 플로팅 확산 감지노드(9)에서의 접합 커패시터 및 주변 기생 커패시터를 합한 것이다. 그리고, 커패시터(8)의 신호전압은 플로팅 확산 감지노드(9)의 n형 확산영역에 오믹접촉(Ohmic Contacting) 되어 있는 도선을 통하여 신호 증폭기(12)의 입력단자에 전달된다.
도 2는 도 1의 이미지 센서 픽셀의 한 실시예의 단면도 및 회로도이다.
도 2에 도시된 종래의 CMOS 이미지 센서는 핀드 포토다이오드(Pinned Photodiode) PPD와, n 채널 MOSFET를 사용하여 구현한 것이다. 여기서, 핀드 포토다이오드 PPD는 p형 에피택셜 층(P-EPI)에 n형 확산영역(3)이 형성되고, n형 확산영역(3)에 p+영역(4)이 형성되며, n형 확산영역(3)과 p+영역(4)의 측벽으로 P-웰(2)이 형성된다. 그리고, 전하량 감지부(6)는 p형 에피택셜 층(P-EPI)에 P-웰(7)이 형성되고, P-웰(7)의 내부에 형성된 플로팅 n형 확산영역(9)을 포함한다.
이러한 구성을 갖는 종래의 CMOS 이미지 센서 픽셀에 관한 동작 과정을 설명하면 다음과 같다.
먼저, 트랜스퍼 게이트(5)가 오프되어 있는 상태에서 포토다이오드 PPD는 빛 신호를 전자로 바꾸어서 자신의 n형 확산영역(3)에 저장한다. 이에 따라, 포토다이오드 PPD는 트랜스퍼 게이트(5)가 다시 온 되기 이전까지의 전하 축적 시간(Integration Time) 동안 빛을 흡수하여 전자로 바꾸어서 저장한다.
이어서, 플로팅 확산 감지노드(9)의 n형 확산영역의 전압을 리셋 스위치(10)와 리셋 전압원 VR을 이용하여 포토다이오드 PPD의 n형 확산영역(3)의 전압보다 높은 전압으로 리셋시킨다.
이후에, 트랜스퍼 게이트(5)를 온 상태로 하여 포토다이오드 PPD와 플로팅 확산 감지노드(9)의 n형 확산영역 사이의 전압차이를 이용하여 포토다이오드 PPD의 n형 확산영역(3)에 축적된 신호 전자를 플로팅 확산 감지노드(9)의 n형 확산영역으로 이동시킨다. 즉, 전하 전송 기간(Transmission Time) 동안 신호전자들이 포토다이오드 PPD로부터 플로팅 확산 감지노드(9)로 이동함에 따라서 플로팅 확산 감지노드(9)의 n형 확산영역의 전압이 변하게 된다.
이러한 전압의 변화를 플로팅 확산 감지노드(9)의 n형 확산영역에 오믹접촉된 도선(Conducting Wire)을 통하여 신호 증폭기(12)의 입력단자에 전달한다.
여기서, 신호 증폭기(12)의 출력 신호는 픽셀 어레이(Pixel Array)의 신호선(Signal Line)에 직접 연결되거나, 신호 증폭기(12)의 출력신호를 온/오프 하는 기능의 어드레싱(addressing) 스위치를 통하여 신호선에 연결된다. 여기서, 어드 레싱 스위치 없이 직접 연결되는 구조는 픽셀의 동작 방법에서 신호 증폭기(12) 자체의 온/오프 상태를 조절할 수 있는 경우에 사용한다.
포토다이오드 PPD로부터 플로팅 확산 감지노드(9)로 전자 전송이 끝나면, 포토다이오드 PPD는 완전히 공핍된다. 이어서, 트랜스퍼 게이트(5)는 다시 오프되며, 포토다이오드 PPD는 빛 신호를 전자로 바꾸어서 자신의 n형 확산영역(3)에 저장하기 시작한다. 그리고, 상기한 단위 픽셀의 동작을 반복하여 전체 피사체에 대한 모든 영상 신호를 읽는다.
그러나, 종래의 CMOS 이미지 센서 픽셀은 다음과 같은 4가지 문제점을 갖는다.
첫째, CMOS 이미지 센서는 CCD(Charge Coupled Device) 이미지 센서와는 달리 낮은 픽셀 구동전압을 사용한다. 이에 따라, 포토다이오드 PPD로부터 플로팅 확산 감지노드(9)로 전자들을 이동시킬 때 포토다이오드 PPD의 n형 확산영역(3)과 플로팅 확산 감지노드(9)의 n형 확산영역 사이의 전압 차이가 부족하여 전자들을 플로팅 확산 감지노드(9)로 완전하게 이동시키기가 어렵다. 따라서, 포토다이오드 PPD의 n형 확산영역(3)으로부터 플로팅 확산 감지노드(9)의 n형 확산영역으로 전자들을 완전하게 이동시키기 위해서는, 낮은 구동전압의 조건 하에서도 플로팅 확산 감지노드(9)의 n형 확산영역의 전압을 가능한 한 높게 만들 수 있어야 한다.
둘째, 종래의 CMOS 이미지 센서 픽셀은 플로팅 확산 감지노드(9)와 신호 증폭기(12)의 입력단자가 오믹접촉된 도선으로 연결되어 있다. 플로팅 확산 감지노드(9)의 확산 영역에 도선을 직접적으로 오믹접촉 시키기 위해서는 확산영역의 도 핑농도를 높게 만들어야 한다. 그런데, 그 과정에서 발생하는 물질적 결함으로 인하여 플로팅 확산 감지노드(9)에서 매우 큰 암전류(Dark Current)가 발생하게 된다. 이에 따라, 오믹접촉을 이용하는 플로팅 확산 감지노드(9)를 이용하는 경우, 플로팅 확산 감지노드(9)에 긴 시간 동안 신호전자들을 저장하게 되면 플로팅 확산 감지노드(9)의 큰 암전류가 심각한 문제를 발생시킨다. 따라서, 오믹접촉을 이용하는 플로팅 확산 감지노드(9) 보다 암전류가 획기적으로 작은 감지노드를 고안하는 것이 요구된다.
여기서, 플로팅 확산 감지노드(9)에 긴 시간 동안 신호전자들을 저장할 필요가 있는 경우의 예로는, 이미지 센서의 글로벌 셔터링(Global Shuttering) 동작이 있다.
셋째, 종래의 CMOS 이미지 센서 픽셀은 플로팅 확산 감지노드(9)와 신호 증폭기(12)가 도선으로 직접 연결되어 있다. 신호 증폭기(12)의 입력단자의 전압을 외부에서 의도적으로 바꾸는 경우, 그에 따라서 플로팅 확산 감지노드(9) 내에 저장되어 있던 신호전하(Signal Charge)의 양이 바뀌어 저장된 정보를 잃어버리게 된다. 즉, 기존의 CMOS 이미지 센서 픽셀의 구조에서는 플로팅 확산 감지노드(9)에 저장된 신호 전하량를 그대로 보존한 상태로 신호 증폭기(12)의 입력단자의 전압을 바꾸어서 픽셀의 다음 동작을 실행할 수 없다.
넷째, 플로팅 확산 감지노드(9)로 입사하는 빛은 픽셀의 동작에 오류를 발생시키기 때문에 이를 차단하여야 한다. 따라서, 가능한 한 전하량 감지노드로 입사하는 빛을 효과적으로 차단하는 구조의 전하량 감지부를 제공하는 것이 요구된다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로서, 다음과 같은 목적을 갖는다.
첫째, 낮은 픽셀 구동전압의 조건 하에서도 전하량 감지노드의 n형 확산영역의 전압을 높게 부스팅 함으로써, 포토다이오드의 n형 확산영역으로부터 전하량 감지노드의 n형 확산영역으로 신호 전자들을 완전하게 이동시킬 수 있도록 하고 또한, 전하량 감시노드가 저장할 수 있는 최대 전하량을 늘이는 데 있다.
둘째, 전하량 감지노드의 n형 확산영역에 오믹접촉을 형성하지 않고 형성한 커플링 커패시터를 이용하여 전하량 감지노드의 신호전압을 신호증폭기의 입력단자에 전달함으로써, 오믹접촉을 사용하는 기존의 감지노드 보다 감지노드의 암전류를 크게 줄이는 데 있다.
셋째, 신호 증폭기에 전달되는 신호 전압을 커플링 커패시터로 커플링함으로써 전하량 감지노드에 저장된 신호 전하량를 그대로 보존한 상태에서, 신호 증폭기의 입력단자의 전압을 바꾸어서 실행하는 픽셀의 동작을 가능하도록 하는 데 있다.
넷째, 전하량 감지부의 한 구성요소인 커플링 커패시터의 전극을 광 차단 마스크로 겸용하여 전하량 감지노드로 입사하는 빛을 효율적으로 차단할 수 있도록 하는데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 CMOS 이미지 센서 액티브 픽셀은, 제 1도전형의 제 1반도체영역에 형성된 제 2도전형의 제 1확산영역을 포함하고, 입사된 빛을 흡수하여 하전입자를 생성하여 제 1확산영역에 저장하는 포토다이오드; 제 1도전형의 제 2반도체영역에 형성된 제 2도전형의 제 2확산영역과, 제 2확산영역을 제 1전극으로 하고 제 2확산영역의 상측에 형성된 전극을 제 2전극으로 하는 커플링 커패시터를 포함하고, 제 1확산영역으로부터 전달된 하전입자를 제 2확산영역에 저장하는 CCFD(Capacitor Combined Floating Diffusion) 감지노드; 제 1확산영역에 저장된 하전입자를 제 2확산영역으로 전달하는 트랜스퍼 게이트; 리셋 전압원과 제 2확산영역 사이에 연결되어 제 2확산영역의 전압을 리셋시키는 리셋 스위치; 제 2전극과 입력단자가 연결되어 제 2전극의 전압에 대응하는 전압 신호를 픽셀 어레이의 신호선으로 전달하는 신호 증폭기; 및 제 2전극 및 신호 증폭기의 입력단자에 일측 단자가 공통 연결되고, 가변 전압원에 다른 측 단자가 연결되어, 가변 전압원의 전압을 제 2전극 및 상기 신호 증폭기의 입력단자에 인가하는 스위치를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 CMOS 이미지 센서 액티브 픽셀은, 제 1도전형의 제 1반도체영역에 형성된 제 2도전형의 제 1확산영역과, 제 1확산영역을 제 1전극으로 하고 제 1확산영역의 상측에 형성된 전극을 제 2전극으로 하는 커플링 커패시터를 포함하고, 외부로부터 전달된 하전입자를 제 1확산영역에 저장하는 CCFD(Capacitor Combined Floating Diffusion) 감지노드; 리셋 전압원과 제 1확산영역 사이에 연결되어 제 1확산영역의 전압을 리셋시키는 리셋 스위치; 및 제 2전극에 일측 단자가 연결되고, 가변 전압원에 다른 측 단자가 연결되어, 가변 전압원의 전압을 제 2전극에 인가하는 스위치를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 CMOS 이미지 센서 액티브 픽셀의 신호 감지 방법은, 제 1도전형의 제 1반도체 영역에 형성된 제 2도전형의 제 1확산영역을 포함하는 포토다이오드, 제 1도전형의 제 2반도체영역에 형성된 제 2도전형의 제 2확산영역과, 제 2확산영역을 제 1전극으로 하고 제 2확산영역의 상측에 형성된 전극을 제 2전극으로 하는 커플링 커패시터를 포함하고, 포토다이오드의 제 1확산영역으로부터 전달된 전자를 제 2확산영역에 저장하는 CCFD(Capacitor Combined Floating Diffusion) 감지노드; 리셋 전압원과 제 2확산영역 사이에 연결된 리셋 스위치; 제 2전극과 입력단자가 연결된 신호 증폭기; 및 가변 전압원의 전압을 상기 제 2전극 및 신호 증폭기의 입력단자에 인가하는 스위치를 포함하는 CMOS 이미지 센서 액티브 픽셀의 신호 감지 방법에 있어서, 스위치를 온으로 하여 제 2전극에 가변 전압원의 전압을 인가하여 제 2전극을 제 1전압으로 고정시키는 제 1단계; 리셋 스위치를 온으로 하여 제 2확산영역에 리셋 전압원의 전압을 인가하여 제 2확산영역을 리셋한 후 리셋 스위치를 오프하는 제 2단계; 가변 전압원의 전압을 변경하여 제 2전극의 전압을 제 1전압보다 높은 제 2전압으로 상승켜 제 2확산영역의 전압을 부스팅시키고, 신호증폭기의 입력단자를 제 2전압으로 설정하고 신호 증폭기의 출력을 읽는 제 3단계; 스위치를 오프하고 트랜스퍼 게이트를 온하여, 제 1확산영역에 저장된 전자를 제 2확산영역으로 이동시켜 저장한 후 트랜스퍼 게이트를 오프하는 제 4단계; 및 신호증폭기의 출력전압의 값이 제 3단계에서 읽은 출력전압의 값으로부터 강하하는 변화량을 감지하는 제 5단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 CMOS 이미지 센서 액티브 픽셀의 신호 감지 방법은, 제 1도전형의 제 1반도체 영역에 형성된 제 2도전형의 제 1확산영역을 포함하는 포토다이오드, 제 1도전형의 제 2반도체영역에 형성된 제 2도전형의 제 2확산영역과, 제 2확산영역을 제 1전극으로 하고 제 2확산영역의 상측에 형성된 전극을 제 2전극으로 하는 커플링 커패시터를 포함하고, 포토다이오드의 제 1확산영역으로부터 전달된 전자를 제 2확산영역에 저장하는 CCFD(Capacitor Combined Floating Diffusion) 감지노드; 리셋 전압원과 제 2확산영역 사이에 연결된 리셋 스위치; 제 2전극과 입력단자가 연결된 신호 증폭기; 및 가변 전압원의 전압을 상기 제 2전극 및 신호 증폭기의 입력단자에 인가하는 스위치를 포함하는 CMOS 이미지 센서 액티브 픽셀의 신호감지 방법에 있어서, 리셋 스위치를 오프하고 트랜스퍼 게이트를 온하여 제 1확산영역에 저장된 전자를 제 2확산영역으로 이동시켜 저장한 후 트랜스퍼 게이트를 오프하는 제 1단계; 스위치를 온하고 가변 전압원을 이용하여 신호 증폭기의 입력단자의 전압을 제 1전압으로 설정하고 신호 증폭기의 출력전압을 읽는 제 2단계; 스위치를 오프하고 리셋 스위치를 온하여 제 2확산영역의 전자들을 배출시키는 제 3단계; 및 신호 증폭기의 출력전압이 값이 제 2단계에서 읽은 출력전압의 값으로부터 상승하는 변화량을 감지하는 제 4단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 상세히 설명하고자 한다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소를 나타낸다.
도 3은 본 발명에 따른 이미지 센서 액티브 픽셀의 구조를 나타낸 도면이다.
본 발명은 핀드 포토다이오드(Pinned Photodiode) PPD와, n 채널 MOSFET(MOS Field Effect Transistor)를 사용하여 구현한 것이다. 이러한 본 발명은 핀드 포토다이오드 PPD와, 트랜스퍼 게이트(Transfer Gate)(44)와, 전하량 감지부(Charge Sensing Part)(45) 및 신호 증폭기(Signal Amplifier)(54)를 포함한다.
여기서, 전하량 감지부(45)는 CCFD 감지노드(Capacitor Combined Floating Diffusion Sensing Node)(46), 리셋 스위치(Reset Switch)(52), 리셋 전압원(Reset Voltage Source) VR, 스위치(53), 및 가변 전압원 VC을 포함한다.
도 4는 전하량 감지부(45)의 CCFD 감지노드(46) 구조를 확대한 단면도이다.
핀드 포토다이오드(40)는 p형 에피택셜 층(P-EPI)에 n형 확산영역(42)이 형성되고, n형 확산영역(42)에 p+영역(43)이 형성되며, n형 확산영역(42)과 p+영역(43)의 측벽으로 P-웰(41)이 형성된다. 여기서, 본 발명은 p형 에피택셜 층(P-EPI)의 상부에 n형 확산영역(42)이 형성되는 것을 그 실시예로 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니라 p형 에피택셜 층(P-EPI) 대신에 P형 기판(P-SUB)이 형성될 수도 있다.
그리고, CCFD 감지노드(46)는 p형 에피택셜 층(P-EPI)에 P-웰(47) 또는 p형 확산영역이 형성되고, P-웰(47)의 내부에 형성된 플로팅 되어 있는 n형 확산영역(49)을 포함한다. 절연층(51)은 n형 확산영역(49)의 상부에 형성되고, 절연층(51)의 상부에 제 2전극(50)이 형성된다. 커플링 커패시터 CC는 n형 확산영역(49)을 제 1전극으로 하고, 절연층(51)과 전극(50)를 제 2전극으로 하여 구성된다. 여기서, n형 확산영역(49)은 핀드 포토다이오드 PPD로부터 전달된 전자를 저장하는 역할에 더하여 커플링 커패시터 CC의 제 1전극의 역할을 겸한다.
즉, 커플링 커패시터 CC는 절연층(51)을 사이에 두고 n형 확산영역(49) 바로 위에 형성된다. 따라서, 커플링 커패시터 CC를 구성하기 위한 추가적인 픽셀의 면적을 줄일 수 있다.
커플링 커패시터 CC의 절연층(51)의 두께는 매우 얇으므로 커플링 커패시터 CC의 제 2전극(50)은 빛에 불투명한 물질로 형성할 경우에, 제 2전극(50)은 CCFD 감지노드(46)의 n형 확산영역(49)로 입사하는 빛을 매우 효율적으로 차단하는 광 차단 마스크 역할을 겸할 수 있다.
커플링 커패시터 CC의 제 1전극 역할을 하는 n형 확산영역(49)의 불순물 도핑농도는 오믹접촉을 위한 도핑농도보다 많이 작게 할 수 있다. 따라서, n형 확산영역(49)에 도선을 직접 오믹접촉하는 종래의 감지노드에 비하여 본 발명의 CCFD 감지노드(46)는 감지노드에서 발생하는 암전류 및 잡음을 크게 줄일 수 있다.
그리고, n형 확산영역(49)은 핀드 포토다이오드 PP로부터 전달된 신호 전자들을 저장하는 부분이다. n형 확산영역(49)에 전자들이 유입 또는 유출될 때마다 n형 확산영역(49)의 전압이 변하고, 이러한 전압의 변화가 커플링 커패시터 CC를 통하여 외부로 전달된다.
또한, P-웰(47)의 상부에 절연층(51a)이 형성된다. 트랜스퍼 게이트(44)는 절연층(51a)의 상부에 형성되어 핀드 포토다이오드 PPD의 n형 확산영역(42)과 CCFD 감지노드(46)의 n형 확산영역(49)을 연결해 주는 스위치 역할을 한다.
이러한 구성을 갖는 도 3,4의 실시예에서 각 구성요소의 기능 및 연결관계를 더욱 상세하게 설명하면 다음과 같다.
먼저, 핀드 포토다이오드 PPD는 입사된 빛을 전자로 바꾸어서 자신의 n형 확산영역(42)에 저장한다. 트랜스퍼 게이트(44)는 포토다이오드 PPD의 n형 확산영역(42)에 저장된 전자들을 전하량 감지부(45)의 CCFD 감지노드(46)로 이동시키는 역할을 수행한다. CCFD 감지노드(46)는 트랜스퍼 게이트(44)를 통하여 핀드 포토다이오드 PPD로부터 전달받은 전자들을 자신의 n형 확산영역(49)에 저장한다.
그리고, P-웰(47)의 상부에 절연층(51b)이 형성된다. 리셋 스위치(52)는 절연층(51b)의 상부에 형성되어, CCFD 감지노드(46)의 n형 확산영역(49)에 한쪽 단자가 연결되고 다른 쪽 단자가 리셋 전압원 VR에 연결된다. 이러한 CCFD 감지노드(46)의 n형 확산영역(49)에 저장된 전하를 배출하고 n형 확산영역(49)의 전압을 리셋하는 역할을 한다. 여기서, 리셋 스위치(52)는 FET(Field Effect Transistor) 또는 트랜스퍼 게이트 구조(Transfer Gate Structure)로 형성할 수 있다. 커플링 커패시터 CC는 제 1전극이 n형 확산영역(49)으로 형성되고, 제 2전극(50)은 스위치(53) 및 신호 증폭기(54)의 입력단자에 연결된다.
스위치(53)는 한쪽 단자가 커플링 커패시터 CC의 제 2전극(50) 및 신호 증폭기(54)의 입력단자에 공통 연결되고, 다른 쪽 단자가 가변 전압원 VC에 연결된다. 여기서, 스위치(53)는 FET(Field Effect Transistor)로 형성할 수 있다. 이러한 스위치(53)는 가변 전압원 VC의 전압을 커플링 커패시터 CC의 제 2전극(50) 및 신호 증폭기(54)의 입력단자에 전달한다.
여기서, 리셋 전압원 VR과 가변 전압원 VC은 픽셀의 외부에 위치하며, 도선에 의하여 각 픽셀들의 해당 지점까지 연결된다. CCFD 감지노드(46)의 출력 전압 은 커플링 커패시터 CC를 통하여, 커플링 커패시터 CC의 제 2전극(50)과 연결된 신호 증폭기(54)의 입력단자에 전달된다.
여기서, 신호 증폭기(54)의 입력단자는 커플링 커패시터 CC의 제 2전극(50) 및 스위치(53)의 한쪽 단자에 연결된다. 그리고, 신호 증폭기(54)의 출력 단자는 픽셀 어레이(Pixel Array)의 신호선(Signal Line)에 직접 연결되거나, 신호 증폭기(54)의 출력신호를 온/오프 하는 기능의 스위치를 통하여 신호선에 연결된다. 여기서, 스위치 없이 직접 연결되는 구조는 픽셀의 동작 방법에서 신호 증폭기(54) 자체에서 온/오프 상태를 조절할 수 있는 경우에 사용한다.
또한, 본 발명의 단위 픽셀에 포함된 전하량 감지부(25)는 다른 픽셀의 포토 다이오드 PPD 또는 신호 증폭기(54)에 의해 공유될 수도 있다.
이러한 구성을 갖는 본 발명의 동작 과정을 설명하면 다음과 같다.
먼저, 트랜스퍼 게이트(44)가 오프되어 있는 상태에서 핀드 포토다이오드 PPD는 빛 신호를 전자로 바꾸어서 자신의 n형 확산영역(42)에 저장한다. 이에 따라, 핀드 포토다이오드 PPD는 트랜스퍼 게이트(44)가 다시 온 되기 이전까지의 전하 축적 시간(Integration Time) 동안 빛을 흡수하여 전자로 바꾸어서 축적한다.
그리고, 트랜스퍼 게이트(44)를 오프한 상태에서 CCFD 감지노드(46)의 n형 확산영역(49)의 전압을 핀드 포토다이오드(40)의 n형 확산영역(42)의 전압보다 높은 전압으로 리셋시킨다. 즉, 가변 전압원 VC를 전압 레벨 VCL으로 유지하고, 스위치(53)를 온으로 하여 커플링 커패시터 CC의 제 2전극(50)을 전압 레벨 VCL으로 고정시킨다.
이러한 상태에서 리셋 스위치(52)를 온하여 리셋전압 VR에 의해 CCFD 감지노드(46)의 n형 확산영역(49)의 전압이 리셋전압 VRN으로 리셋된다. 여기서, 리셋되는 리셋전압 VRN은 리셋전압 VR과 리셋의 특성에 의하여 정해지는 값이다.
이후에, 리셋 스위치(52)를 오프하고, 가변 전압원 VC을 전압 레벨 VCL에서 전압 레벨 VCH로 상승시킨다. 이때, CCFD 감지노드(46)의 n형 확산영역(49)의 전압이 리셋전압 VRN에서 VRN+α×(VCH-VCL)로 높아진다. 여기서, α는 1 이하의 양의 상수이다. 즉, CCFD 감지노드(46)의 n형 확산영역(49)의 전압이 리셋전압 VRN에서 VRN+α×(VCH-VCL)로 α×(VCH-VCL) 만큼 부스팅된다.
여기서, 전압 레벨 VCL은 접지 전압 레벨, 전압 레벨 VCH은 픽셀 구동 전원전압 VDD 레벨로 설정하는 것을 그 실시예로 설명한다.
이와 같이 CCFD 감지노드(46)의 n형 확산영역(49)의 전압이 높게 부스팅되어 핀드 포토다이오드(40)에 저장된 신호 전자들이 CCFD 감지노드(46)로 이동하는 것이 용이해진다. 그리고 n 형 확산영역(49)에 저장할 수 있는 최대 전하량이 늘어난다. 이러한 부스팅 동작에 이어서 스위치(53)를 오프한다.
이어서, 트랜스퍼 게이트(44)를 온 상태로 하여 핀드 포토다이오드 PPD의 n형 확산영역(42)과 CCFD 감지노드(46)의 n형 확산영역(49) 사이의 전압 차이를 이용하여 핀드 포토 다이오드 PPD의 n형 확산영역(42)에 저장된 신호 전자를 CCFD 감지노드(46)의 n형 확산영역(49)으로 이동시킨다. 신호 전자들이 핀드 포토다이오드 PPD로부터 CCFD 감지노드(46)로 이동함에 따라서 CCFD 감지노드(46)의 n형 확산영역(49)의 전압이 변하게 된다.
이러한 n형 확산영역(49)의 전압의 변화가 커플링 커패시터 CC를 통해 신호 증폭기(54)의 입력단자에 전달된다.
이때, 핀드 포토다이오드 PPD의 n형 확산영역(42)는 완전히 공핍된다. 이어서, 트랜스퍼 게이트(44)는 다시 오프되며, 핀드 포토다이오드 PPD는 빛 신호를 전자로 바꾸어서 자신의 n형 확산영역(42)에 저장하기 시작한다. 그리고, 상기한 단위 픽셀의 동작을 반복하여 전체 피사체에 대한 모든 영상 신호를 읽어낸다.
본 발명의 전하량 감지부(45)의 동작 이외에 전체적인 픽셀의 동작은 잘 알려져 있는 픽셀의 동작과 동일하므로 그 상세한 설명은 생략하기로 한다.
이러한 동작 과정을 갖는 전하량 감지부(45)의 중요한 특징 중 하나는 CCFD 감지노드(46)의 n형 확산영역(49)의 전압 변화를 커플링 커패시터 CC를 통하여 신호 증폭기(54)의 입력단자에 전달하는 것이다. 따라서, 스위치(53)와 가변 전압원 VC를 이용하여 커플링 커패시터 CC의 제 2전극(50) 또는 신호 증폭기(54)의 입력단자의 전압을 원하는 임의의 값으로 바꾸더라도 CCFD 감지노드(46)의 n형 확산영역(49)에 저장되어 있는 신호전자들의 개수는 보존된다.
본 발명의 픽셀에 사용되는 전하량 감지부(45)에서 커플링 커패시터 CC의 기능을 요약해 보면 다음과 같다.
첫째, 리셋 스위치(52), 리셋 전압원 VR, 스위치(53), 및 가변 전압원 VC과의 연계 동작을 통하여 CCFD 감지노드(46)의 n형 확산영역(49)의 전압을 부스팅하여 상승시킨다.
둘째, CCFD 감지노드(46)의 신호 전압을 신호 증폭기(54)의 입력단자에 전달 한다.
그리고, 본 발명의 픽셀에서 사용되는 전하량 감지부(45)에서 스위치(53) 및 가변 전압원 VC의 기능을 요약해 보면 다음과 같다.
첫째, 커플링 커패시터 CC의 제 2전극(50) 및 신호 증폭기(54) 입력 단자의 플로팅 구조에 방전 통로를 제공하여 원하지 않는 전하를 방전시킴으로써 소자들의 동작 오류를 막아주는 기능을 수행한다.
둘째, 리셋 스위치(52), 리셋 전압원 VR, 및 커플링 커패시터 CC와의 연계 동작을 통하여 CCFD 감지노드(46)의 n형 확산영역(49)의 전압을 부스팅하여 상승시킨다.
셋째, 신호 증폭기(54)의 입력단의 초기 기준 전압을 설정하여 주는 기능을 수행한다. 그리고, 신호 증폭기(54)가 소스팔로워 구조인 경우 신호 증폭기(54)의 온/오프를 제어할 수도 있다.
본 발명이 제시한 전하량 감지부(45)의 구성을 CCFD 감지노드(46)를 이용하여 형성할 경우 다음과 같은 장점을 갖는다.
첫째, n형 확산영역(49)을 커플링 커패시터 CC의 제 1전극으로 이용함으로써 커플링 커패시터 CC와 CCFPFD 감지노드(46)를 도선으로 연결하기 위하여 오믹접촉을 형성할 필요가 없다. 따라서, CCFD 감지노드(46)의 n형 확산영역(49)의 도핑농도를 오믹접촉을 위한 도핑농도보다 크게 줄일 수 있다. 이에 따라, 공정상 발생하는 물질의 결함을 줄일 수 있으며, 감지노드에서 발생하는 암전류를 획기적으로 줄일 수 있다.
둘째, 커플링 커패시터 CC를 플로팅 확산(Floating Diffusion) 구조의 바로 위에 형성함으로써 커플링 커패시터 CC의 형성을 위하여 필요한 추가적 픽셀의 면적을 줄일 수 있다.
셋째, 극히 얇은(~nm) 옥사이드 절연층(51)을 사이에 두고 CCFD 감지노드 (46) 상부에 형성되는 커플링 커패시터 CC의 제 2전극(50)을 광학적으로 빛에 불투명한 물질로 형성하여 감지노드로 입사하는 빛을 차단할 수 있다. 여기서, 불투명한 물질은 구리, 알루미늄 등의 메탈전극, 또는 폴리 실리사이드(Poly Silicide) 전극으로 이루어질 수 있다. 이러한 경우, CCFD 감지노드(46)를 극히 근접거리에서 덮고 있는 제 2전극(50)은 CCFD 감지노드(46)로 입사하는 빛을 매우 효율적으로 차단하는 광 차단 마스크(Optical Blocking Mask) 기능을 겸하게 된다.
도 5는 본 발명에 따른 이미지 센서 픽셀에 관한 다른 실시예이다.
도 5의 실시예는 핀드 포토다이오드 PPD와 P-웰(47)의 사이의 트랜스퍼 게이트(44)의 하부 영역이 p형 확산영역(60)으로 형성되는 것이 도 3의 실시예와 상이하다. 그 이외의 구성 및 동작 과정은 도 3의 실시예와 동일하므로 그 상세한 구성 및 동작 과정의 설명은 생략하기로 한다. 여기서, p형 영역(60)은 P-웰(47)과 도핑 농도가 차이 나는 것으로서, 트랜스퍼 게이트(44)의 전송 효율을 높이기 위해 핀드 포토다이오드 PPD와 P-웰(47)의 사이에 형성한 것이다.
한편, 도 6은 본 발명에 따른 이미지 센서 픽셀에 관한 또 다른 실시예이다.
도 6의 실시예는 도 3에서 제시한 다기능 전하량 감지부(45)를 이용하는 픽셀에서 신호 증폭기(54)를 소스팔로워(SF;Source Follower) 증폭기(70)로 구현한 실시예이다.
소스팔로워 증폭기(70)는 액티브 트랜지스터(71)와, 신호라인 SL을 통하여 연결된 정전류 전원(72)을 포함한다. 또한, 리셋 전압원 VR이 없이 리셋 스위치(52)의 한쪽 단자를 소스팔로워 트랜지스터(71)의 드레인과 함께 묶어서 픽셀 구동 전원전압원 VDD을 리셋전압원으로 사용한다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 다음과 같은 효과를 제공한다.
첫째, CMOS 이미지 센서에서 요구되는 낮은 구동전압의 조건하에서도 전하량 감지노드의 n형 확산영역의 전압을 크게 높임으로써, 포토다이오드의 신호전자들을 전하량 감지노드로 완전하게 이동시키는 것이 용이해진다. 또한, 전하량 감지노드가 저장할 수 있는 최대 전하량이 늘어난다.
둘째, 전하량 감지노드의 n형 확산영역에 오믹접촉을 형성함이 없이, 전하량 감지노드의 신호 전압을 커플링 커패시터를 통하여 신호 증폭기의 입력단자에 전달함으로써, 오믹접촉을 사용하는 기존의 전하량 감지노드와 비교하여 감지노드의 암전류를 획기적으로 줄일 수 있다.
셋째, 커플링 커패시터에 의해 전하량 감지노드의 전압 변화를 신호증폭기의입력단자에 전달하는 방법을 사용함으로써, 전하량 감지노드에 저장되어 있는 신호전하를 보존한 상태로 다음의 픽셀 동작을 수행하기 위하여 신호 증폭기의 입력단자의 전압을 외부에서 임의의 값으로 변화시킬 수 있다.
넷째, 커플링 커패시터의 전극이 전하량 감지노드에 매우 근접하여 있는 광 차단 마스크 역할을 겸하도록 하여, 전하량 감지노드로 입사하는 빛을 매우 효율적으로 차단할 수 있도록 하는 효과를 제공한다.
아울러 본 발명의 바람직한 실시예는 예시의 목적을 위한 것으로, 당업자라면 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상과 범위를 통해 다양한 수정, 변경, 대체 및 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정 변경 등은 이하의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.
Claims (24)
- 제 1도전형의 제 1반도체영역에 형성된 제 2도전형의 제 1확산영역을 포함하고, 입사된 빛을 흡수하여 하전입자를 생성하여 상기 제 1확산영역에 저장하는 포토다이오드;제 1도전형의 제 2반도체영역에 형성된 제 2도전형의 제 2확산영역과, 상기 제 2확산영역을 제 1전극으로 하고 상기 제 2확산영역의 상측에 형성된 전극을 제 2전극으로 하는 커플링 커패시터를 포함하고, 상기 제 1확산영역으로부터 전달된 상기 하전입자를 상기 제 2확산영역에 저장하는 CCFD(Capacitor Combined Floating Diffusion) 감지노드;상기 제 1확산영역에 저장된 상기 하전입자를 상기 제 2확산영역으로 전달하는 트랜스퍼 게이트;리셋 전압원과 상기 제 2확산영역 사이에 연결되어 상기 제 2확산영역의 전압을 리셋시키는 리셋 스위치;상기 제 2전극과 입력단자가 연결되어 상기 제 2전극의 전압에 대응하는 전압 신호를 픽셀 어레이의 신호선으로 전달하는 신호 증폭기; 및상기 제 2전극 및 상기 신호 증폭기의 상기 입력단자에 일측 단자가 공통 연결되고, 가변 전압원에 다른 측 단자가 연결되어, 상기 가변 전압원의 전압을 상기 제 2전극 및 상기 신호 증폭기의 입력단자에 인가하는 스위치를 포함하는 것을 특징으로 하는 CMOS 이미지 센서 액티브 픽셀.
- 제 1항에 있어서, 상기 제 1도전형과 상기 제 2도전형은 서로 상반되는 극성을 갖는 것을 특징으로 하는 CMOS 이미지 센서 액티브 픽셀.
- 제 1항에 있어서, 상기 제 1반도체영역은 제 1도전형 에피층 및 제 1도전형 기판 중 어느 하나로 이루어짐을 특징으로 하는 CMOS 이미지 센서 액티브 픽셀.
- 제 1항에 있어서, 상기 제 2반도체영역은 상기 제 1반도체영역에 형성된 제 1도전형 확산영역임을 특징으로 하는 CMOS 이미지 센서 액티브 픽셀.
- 제 1항에 있어서, 상기 포토다이오드는 상기 제 1확산영역의 상부에 제 1도전형의 확산영역을 더 포함하는 핀드 포토다이오드 임을 특징으로 하는 CMOS 이미지 센서 액티브 픽셀.
- 제 1항에 있어서, 상기 커플링 커패시터는 상기 제 1전극의 상부에 절연층이 형성되고, 상기 절연층의 상부에 제 2전극이 형성되는 것을 특징으로 하는 CMOS 이미지 센서 액티브 픽셀.
- 제 1항에 있어서, 상기 제 2확산영역의 도핑 농도는 오믹접촉을 위한 도핑 농도보다 낮게 설정되는 것을 특징으로 하는 CMOS 이미지 센서 액티브 픽셀.
- 제 1항에 있어서, 상기 스위치는 FET로 이루어짐을 특징으로 하는 CMOS 이미지 센서 액티브 픽셀.
- 제 1항에 있어서, 상기 리셋 스위치는 FET 및 트랜스퍼 게이트 구조 중 어느 하나로 이루어짐을 특징으로 하는 CMOS 이미지 센서 액티브 픽셀.
- 제 1항에 있어서, 상기 스위치는 상기 커플링 커패시터의 상기 제 2전극과 상기 신호 증폭기의 입력단자가 전기적으로 플로팅 구조가 되는 것을 방지하기 위하여 방전 통로를 형성하는 것을 특징으로 하는 CMOS 이미지 센서 액티브 픽셀.
- 제 1항에 있어서, 상기 스위치는 상기 가변 전압원을 이용하여 상기 커플링 커패시터의 상기 제 2전극 및 상기 신호 증폭기의 입력단자의 전압을 가변 전압 값으로 설정하는 것을 특징으로 하는 CMOS 이미지 센서 액티브 픽셀.
- 제 1항에 있어서, 상기 신호 증폭기는 출력단자와 상기 픽셀 어레이의 신호선 사이에 연결된 스위치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 CMOS 이미지 센서 액티브 픽셀.
- 제 1항에 있어서, 상기 신호 증폭기는 소스팔로워 구조의 증폭기인 것을 특징으로 하는 CMOS 이미지 센서 액티브 픽셀.
- 제 1항 또는 제 13항에 있어서, 상기 신호 증폭기는 픽셀 구동전압원을 상기 리셋 전압원으로 사용하는 것을 특징으로 하는 CMOS 이미지 센서 액티브 픽셀.
- 제 1항에 있어서, 상기 신호 증폭기는 상기 스위치와 상기 가변 전압원에 의하여 온/오프 상태가 결정됨을 특징으로 하는 CMOS 이미지 센서 액티브 픽셀.
- 제 1항에 있어서, 상기 CCFD 감지노드, 상기 리셋 스위치, 상기 스위치, 및 상기 신호 증폭기 중 적어도 어느 하나는 적어도 2개 이상의 픽셀이 공유하는 것을 특징으로 하는 CMOS 이미지 센서 액티브 픽셀.
- 제 1항에 있어서, 상기 제 2전극은 메탈전극, 폴리 실리사이드 전극 중 어느 하나로 이루어지며, 상기 제 2확산영역으로 입사하는 빛을 차단하는 광 차단 마스크 역할을 하도록 한 것을 특징으로 하는 CMOS 이미지 센서 액티브 픽셀.
- 제 1도전형의 제 1반도체영역에 형성된 제 2도전형의 제 1확산영역과, 상기 제 1확산영역을 제 1전극으로 하고 상기 제 1확산영역의 상측에 형성된 전극을 제 2전극으로 하는 커플링 커패시터를 포함하고, 외부로부터 전달된 하전입자를 상기 제 1확산영역에 저장하는 CCFD(Capacitor Combined Floating Diffusion) 감지노드;리셋 전압원과 상기 제 1확산영역 사이에 연결되어 상기 제 1확산영역의 전압을 리셋시키는 리셋 스위치; 및상기 제 2전극에 일측 단자가 연결되고, 가변 전압원에 다른 측 단자가 연결되어, 상기 가변 전압원의 전압을 상기 제 2전극에 인가하는 스위치를 포함하는 것을 특징으로 하는 CMOS 이미지 센서 액티브 픽셀.
- 제 18항에 있어서, 상기 제 1도전형과 상기 제 2도전형은 서로 상반되는 극성을 갖는 것을 특징으로 하는 CMOS 이미지 센서 액티브 픽셀.
- 제 1도전형의 제 1반도체 영역에 형성된 제 2도전형의 제 1확산영역을 포함하는 포토다이오드, 제 1도전형의 제 2반도체영역에 형성된 제 2도전형의 제 2확산영역과, 상기 제 2확산영역을 제 1전극으로 하고 상기 제 2확산영역의 상측에 형성된 전극을 제 2전극으로 하는 커플링 커패시터를 포함하고, 상기 포토다이오드의 제 1확산영역으로부터 전달된 전자를 상기 제 2확산영역에 저장하는 CCFD(Capacitor Combined Floating Diffusion) 감지노드; 리셋 전압원과 상기 제 2확산영역 사이에 연결된 리셋 스위치; 상기 제 2전극과 입력단자가 연결된 신호 증폭기; 및 가변 전압원의 전압을 상기 제 2전극 및 상기 신호 증폭기의 입력단자에 인가하는 스위치를 포함하는 CMOS 이미지 센서 액티브 픽셀의 신호 감지 방법에 있어서,상기 스위치를 온으로 하여 상기 커플링 커패시터의 제 2전극에 상기 가변 전압원의 전압을 인가하여 상기 제 2전극을 제 1전압으로 고정시키는 제 1단계;상기 리셋 스위치를 온으로 하여 상기 제 2확산영역에 상기 리셋 전압원의 전압을 인가하여 상기 제 2확산영역을 리셋한 후 상기 리셋 스위치를 오프하는 제 2단계;상기 가변 전압원의 전압을 변경하여 상기 제 2전극의 전압을 상기 제 1전압보다 높은 제 2전압으로 상승시켜 상기 제 2확산영역의 전압을 부스팅시키고, 상기 신호증폭기의 입력단자를 상기 제 2전압으로 설정하고 상기 신호 증폭기의 출력을 읽는 제 3단계;상기 스위치를 오프하고 트랜스퍼 게이트를 온하여, 상기 제 1확산영역에 저장된 전자를 상기 제 2확산영역으로 이동시켜 저장한 후 상기 트랜스퍼 게이트를 오프하는 제 4단계; 및상기 신호증폭기의 출력전압의 값이 상기 제 3단계에서 읽은 출력전압의 값으로부터 강하하는 변화량을 감지하는 제 5단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 CMOS 이미지 센서 액티브 픽셀의 신호 감지 방법.
- 제 20항에 있어서, 상기 제 2확산영역의 전압은 상기 제 1전압 및 상기 제 2전압에 의하여, α×(제 2전압-제 1전압) 만큼 부스팅(여기서, α는 1 이하의 양의 상수) 되는 것을 특징으로 하는 CMOS 이미지 센서 액티브 픽셀의 신호 감지 방법.
- 제 20항에 있어서, 상기 제 1전압은 그라운드 전압 레벨이고, 상기 제 2전압은 픽셀 구동 전원전압 레벨임을 특징으로 CMOS 이미지 센서 액티브 픽셀의 신호 감지 방법.
- 제 1도전형의 제 1반도체 영역에 형성된 제 2도전형의 제 1확산영역을 포함하는 포토다이오드, 제 1도전형의 제 2반도체영역에 형성된 제 2도전형의 제 2확산영역과, 상기 제 2확산영역을 제 1전극으로 하고 상기 제 2확산영역의 상측에 형성된 전극을 제 2전극으로 하는 커플링 커패시터를 포함하고, 상기 포토다이오드의 제 1확산영역으로부터 전달된 전자를 상기 제 2확산영역에 저장하는 CCFD(Capacitor Combined Floating Diffusion) 감지노드; 리셋 전압원과 상기 제 2확산영역 사이에 연결된 리셋 스위치; 상기 제 2전극과 입력단자가 연결된 신호 증폭기; 및 가변 전압원의 전압을 상기 제 2전극 및 상기 신호 증폭기의 입력단자에 인가하는 스위치를 포함하는 CMOS 이미지 센서 액티브 픽셀의 신호 감지 방법에 있어서,상기 리셋 스위치를 오프하고 트랜스퍼 게이트를 온하여 상기 제 1확산영역에 저장된 전자를 상기 제 2확산영역으로 이동시켜 저장한 후 상기 트랜스퍼 게이트를 오프하는 제 1단계;상기 스위치를 온하고 상기 가변 전압원을 이용하여 상기 신호 증폭기의 입력단자의 전압을 제 1전압으로 설정하고, 상기 신호 증폭기의 출력전압을 읽는 제 2단계;상기 스위치를 오프하고 상기 리셋 스위치를 온하여 상기 제 2확산영역의 전자들을 배출시키는 제 3단계; 및상기 신호 증폭기의 출력전압 값이 상기 제 2단계에서 읽은 출력전압의 값으로부터 상승하는 변화량을 감지하는 제 4단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 CMOS 이미지 센서 액티브 픽셀의 신호 감지 방법.
- 제 23항에 있어서, 상기 제 1전압은 상기 신호 증폭기의 입력 문턱전압 보다 높은 값으로 설정됨을 특징으로 하는 CMOS 이미지 센서 액티브 픽셀의 신호 감지 방법.
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